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Die
Erfindung betrifft eine Radaufhängung eines
Kraftfahrzeuges mit fahrzeugaufbauseitigen und radseitigen Radaufhängungsteilen,
wobei die radseitigen Radaufhängungsteile
mindestens einen Radträger
und eine darauf wälzgelagerte
Nabe umfassen.
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Bei
Bremsvorgängen
eines Kraftfahrzeuges wirken Bremskräfte primär als Längskräfte auf die einzelnen Räder. Beim
Fahren auf einer beispielsweise unebenen Fahrbahn treten Stöße auf die
Räder auf.
Die Brems- und Stoßkräfte werden
im allgemeinen in Elastomerelementen aufgenommen, die meist an der
fahrzeugaufbauseitigen Befestigung der Radaufhängung angeordnet sind. Die
Federungs- und Dämpfungseigenschaften
dieser Elastomerelemente bestimmen den Längsfederkomfort des Fahrzeuges.
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Aus
der
DE 37 21 026 A1 ist
eine Einzelradaufhängung
bekannt, bei der ein oberer und ein unterer Querlenker einer Radaufhängung an
einer diese verbindende, am Fahrzeugaufbau gelagerten vertikal angeordneten
Schwenkvorrichtung befestigt sind. Hierbei sind sowohl die Schwenkvorrichtung
als auch die fahrzeugaufbauseitige Befestigungen der Querlenker
in Elastomerelementen gelagert. Bei Stoßbelastungen auf ein Rad wird
die Schwenkvorrichtung geschwenkt und die Querlenker in der fahrzeugaufbauseitigen
Befestigung unter Verformung der dortigen Elastomerelemente verschwenkt.
Bremskräfte, die
in der Radaufstandsfläche
des Rades angreifen, führen
im allgemeinen zu einem Verschwenken der Schwenkvorrichtung. Sowohl
eine Stoßkraft
als auch eine Bremskraft führt
zu einer Veränderung
des Spurwinkels des Fahrzeuges sowie zu einer deutlichen Verlagerung
des Radaufstandspunktes, was den Längsfederkomfort beeinträchtigt.
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Aus
der JP 09-240 235 A ist eine Radaufhängung mit fahrzeugaufbauseitigen
und radseitigen Radaufhängungsteilen
bekannt. Diese beiden Teile sind über Elastomerkörper miteinander
verbunden. Diese Elastomerkörper
sind in alle Richtungen verformbar und erlauben keine präzise Führung der Radaufhängungsteile
zueinander.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde,
eine Radaufhängung
zu entwickeln, die eine hohe Steifigkeit beim Bremsen hat und beim
Auftreten von Stoßkräften einen
hohen Längsfederkomfort
aufweist.
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Diese
Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu
sind die fahrzeugaufbauseitigen und radseitigen Radaufhängungsteile
relativ zueinander beweglich über
mindestens zwei Schubgelenke verbunden, wobei die Radaufhängungsteile
zueinander eine Vorzugsstellung haben. Die Schubgelenke umfassen
jeweils eine doppeltwirkende Zylinder-Kolben-Einheit mit je zwei Druckräumen, wobei
die Zylinder-Kolben-Einheiten zumindest
annähernd
parallel zueinander ausgerichtet sind und die beim Beschleunigen
belasteten Druckräume
hydraulisch miteinander gekoppelt sind. Außerdem sind zwischen den Radaufhängungsteilen die
Gelenkbewegung rückstellende
Elemente angeordnet, die die Radaufhängungsteile in Richtung der Vorzugsstellung
zurückstellen.
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Die
Schubgelenke zwischen den fahrzeugaufbauseitigen und den radseitigen
Radaufhängungsteilen
des Kraftfahrzeuges können
beispielsweise an der Anbindung der Querlenker an den Radträger, in
Längslenkern,
etc. angeordnet sein. Von außen
wirkende Stoßkräfte und
Längskräfte, z.B. durch
Verzögerungen
des Fahr zeuges, verursachen eine Relativbewegung der Radaufhängungsteile
zueinander. Hierbei bewegen sich diese Teile aus einer Vorzugsstellung
heraus und werden bei Abnahme der Beschleunigung durch rückstellende
Elemente, z.B. Feder-Dämpfer-Elemente,
wieder in eine Vorzugsstellung zueinander zurückgestellt. Die Relativbewegung
erfolgt annährend
parallel zur Fahrzeuglängsrichtung.
Dadurch bleibt bei der Relativbewegung der Spurwinkel erhalten.
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Längskräfte durch
positive und negative Beschleunigungen, z.B. durch Bremskräfte und
Stoßkräfte werden
in den Schubgelenken zwischen den fahrzeugaufbauseitigen und den
radseitigen Teilen der Radaufhängung
aufgenommen. In jeder der doppeltwirkenden Zylinder-Kolben-Einheiten
wird jeweils ein Druckraum belastet. Aus diesem Druckraum wird das
Druckmittel aus den Zylinder-Kolben-Einheiten verdrängt und
in den belasteten Druckraum der anderen Zylinder-Kolben-Einheit
verschoben. Durch die hydraulische Kopplung der beiden Zylinder-Kolben-Einheiten
ist deren Bewegung zueinander vorgegeben.
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Beschleunigungskräfte greifen
in der Radaufstandsfläche
des Kraftfahrzeuges an. In der einzelnen Zylinder-Kolben-Einheit
bewirken sie eine Verschiebung des Kolbens relativ zum Zylinder.
Das hierbei verdrängte
Druckmittel wird in die andere Zylinder-Kolben-Einheit verdrängt, wo
es die Verschiebung des Kolbens gegenüber dem Zylinder verstärkt. Der
Druckmittelstrom wird bei der Verdrängung gedrosselt. Da zur Überwindung
der Drosselwirkung der hydraulischen Verbindung und der Gegenkraft der
rückstellenden
Elemente eine hohe Kraft erforderlich ist, ist die Radaufhängung beim
Auftreten von Bremskräften
in der Radaufstandsfläche
steif.
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Stoßkräfte, die
beispielsweise beim Überfahren
eines tiefen Schlagloches auf das Rad wirken, wirken als Impuls
auf das Rad. Sie greifen zumindest annähernd parallel zur Fahrbahn
an der vertikalen Radmittenquerebene an. Sie werden von beiden Zylinder-Kolben-Einheiten
aufgenommen und der jeweilige Kolben relativ zum Zylinder verschoben.
Das jeweilige verdrängte
Volumen wird über
die Leitungen in die jeweils andere Zylinder-Kolben-Einheit transportiert und drückt dort
zusätzlich
zum Anteil der äußeren Stoßkraft auf
den Kolben. Beide Kräfte
wirken in die gleiche Richtung und verstärken sich. Da die Gegenkräfte wegabhängig ansteigen,
ergibt sich hierbei eine hohe Nachgiebigkeit der Radaufhängung.
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Hiermit
wird der Längsnachgiebigkeit
bei Stoßkräften und
damit der Längsfederkomfort
bzw. der Fahrkomfort erhöht.
Zwischen der Radaufhängung
und dem Fahrzeugaufbau sind zur Aufnahme dieser Kräfte keine
Elastomerelemente erforderlich.
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Diese
Radaufhängung
kann sowohl bei angetriebenen als auch bei nicht angetriebenen Rädern sowie
mit verschiedenen Achsbauweisen, wie z.B. einer Verbundlenkerachse,
einer Schräglenkerachse,
etc., eingesetzt werden.
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Diese
Radaufhängung
erfordert keine speziellen geometrischen Verhältnisse der Lenker, der Höhe der Lenker über der
Fahrbahn, etc. zueinander.
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Die
Richtung der Relativbewegung kann je nach Belastung des einzelnen
Rades sowohl in Fahrtrichtung als auch in Fahrtgegenrichtung erfolgen.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In
der nachfolgenden Beschreibung werden Ausführungsformen schematisch dargestellt.
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1:
Radaufhängung
an einer nicht angetriebenen Achse mit zwei Schubgelenken;
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2:
Teilschnitt von 1;
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3:
Radaufhängung
mit in Längslenkern angeordneten
Schubgelenken.
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Die 1 und 2 zeigen
eine Radaufhängung
einer nicht angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeuges mit zwei Schubgelenken
(50, 70). Die 1 zeigt
einen Teilschnitt durch die Schubgelenke (50, 70),
in Richtung der vertikalen Fahrzeugmittenlängsebene gesehen, wobei die
linke Seite der 1 in Fahrtrichtung vorne liegt.
Die 2 stellt z.B. einen Teilschnitt einer linken Radaufhängung in Fahrtrichtung
dar.
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Die
Radaufhängung
umfasst fahrzeugaufbauseitige (20) und radseitige Bauteile
(40). Die fahrzeugaufbauseitigen Bauteile (20)
sind radführende und
radtragende Lenker (23, 26), die die radseitigen Bauteile
(40), z.B. einen Radträger
(42), am Fahrzeugaufbau (1) abstützen. Die
fahrzeugaufbauseitigen (20) und die radseitigen Radaufhängungsteile (40)
sind über
die Schubgelenke (50, 70) miteinander verbunden.
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Ein
Rad (11) stützt
sich an dem Radträger (42)
und dessen Achszapfen (43) über eine Radnabe (16)
und eine Wälzlagerung
(17) ab. An der Radnabe (16) ist eine Felge (13)
mit einem Reifen (12) befestigt. Auf der Radnabe (16)
sitzt eine Bremsscheibe (18), die von einer Bremssattelfaust
(19) mit Bremsbelägen
umgriffen wird.
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Am
Fahrzeugaufbau (1) ist beispielsweise ein oberer (23) und
ein unterer Querlenker (26) angeordnet. Die Querlenker
(23, 26) sind am Fahrzeugaufbau (1) in
jeweils zwei Schwenkgelenken (24, 27) gelagert.
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Zwischen
den vorderen Enden der Querlenker (23, 26) und
dem Radträger
(42) ist je ein Schubgelenk (50, 70)
angeordnet. Die Schubgelenke (50, 70) liegen annährend übereinander
und zumindest annährend
in Fahrtrichtung, vgl. 1.
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Das
einzelne Schubgelenk (50, 70) umfasst je eine
doppeltwirkende Zylinder-Kolben-Einheit (51, 71).
Der Zylinder (52, 72) der einzelnen Zylinder-Kolben-Einheiten
(51, 71) ist beispielsweise jeweils am Querlenker
(23, 26) befestigt. Die jeweilige Kolbenstange
(54, 74) ist über
ein Kugelgelenk (56, 46, 76, 47)
am Radträger
(42) befestigt. Hierbei ist beispielsweise an der jeweiligen
Kolbenstange (54, 74) ein Kugelkopf (56, 76)
und am unteren und oberen Ende des Radträgers (42) eine den
jeweiligen Kugelkopf (56, 76) umgreifende Kugelkalotte
(46, 47) angeordnet. Das obere Kugelgelenk (46, 56)
ist beispielsweise rechts der Raddrehachse (15) und das
untere Kugelgelenk (47, 76) links der Raddrehachse
(15) angeordnet.
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Die
obere Zylinder-Kolben-Einheit (51) liegt oberhalb der Raddrehachse
(15), die untere Zylinder-Kolben-Einheit (71)
ist unterhalb der Raddrehachse (15) angeordnet. Beispielsweise
ist der Wirkdurchmesser der unteren Zylinder-Kolben-Einheit (71)
größer als
der Wirkdurchmesser der oberen Zylinder-Kolben-Einheit (51).
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Die
Zylinder-Kolben-Einheiten (51, 71) sind an ihren
Stirnseiten jeweils durch dichtende Gleitstücke (53, 73)
verschlossen. Die Kolbenstangen (54, 74) stehen
mit ihren beiden Enden über
die Gleitstücke
(53, 73) über.
Sie sind z.B. zylindrisch und tragen mittig den jeweiligen Kolben
(55, 75). Der einzelne Kolben (55, 75)
trennt den jeweiligen Zylinder (52, 72) in zwei
Druckräume
(62, 63, 82, 83).
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Auf
beiden Seiten des jeweiligen Kolbens (55, 75)
sind beispielsweise Druckfedern (57, 58, 77, 78),
z.B. Schraubenfedern, angeordnet. Diese stützen sich an den Zylinderstirnseiten
ab und halten den jeweiligen Kolben (55, 75) in
einer beispielsweise mittigen Vorzugsstellung.
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Die
beiden Zylinder-Kolben-Einheiten (51, 71) sind
mit Druckmittel befüllt
und über
zwei Hydraulikleitungen (92, 93) miteinander verbunden.
Hierbei verbindet eine Leitung (92) beispielsweise den
rechten Druckraum (83) der unteren Zylinder-Kolben-Einheit (71)
mit dem linken Druckraum (62) der oberen Zylinder-Kolben-Einheit
(51). Die andere Leitung (93) verbindet die entsprechenden
anderen Druckräume (63, 82)
miteinander. In den Leitungen (92, 93) können ggf.
Drosseln, Absperrorgane, etc. angeordnet sein. Auch kann ggf. ein
Ausgleichsbehälter
an die Leitungen (92, 93) angeschlossen sein,
z.B. über
entsperrbare Rückschlagventile.
Das gesamte System ist ggf. an den fahrzeugeigenen Hydraulikkreislauf angeschlossen.
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Wird
das Fahrzeug abgebremst, werden die Räder verzögert, während der Fahrzeugaufbau durch
seine Massenträgheit
weiter in Fahrtrichtung zieht. In der Radaufstandsfläche wirkt
die Bremskraft (6) entgegen der Fahrtrichtung auf das einzelne
gebremste Rad (11). In der unteren Zylinder-Kolben-Einheit
(71) nach 1 wird der Kolben (75)
relativ zum Zylinder (72) um einen geringen Betrag beispielsweise
nach rechts verschoben. Hierbei wird die rechts angeordnete Druckfeder
(78) komprimiert und das durch den Kolben (75)
und die Stirnseite des Zylinders (72) eingeschlossene Volumen
des Druckraums (83) verkleinert. Durch das Zusammendrücken der
Druckfeder (78) entsteht eine Gegenkraft zur äußeren Kraft
auf den Kolben (75), die bei einem Kräftegleichgewicht die Bewegung
des Kolbens (75) relativ zum Zylinder (72) zum
Stillstand bringt. Dabei wird ein Teil des Druckmittels verdrängt und über die Leitung
(92) in den linken Druckraum (62) der oberen Zylinder-Kolben-Einheit (50)
verschoben. Während der
Bewegung des Druckmittelstroms wird dieser z.B. durch die Leitung
(92), eine zusätzliche
Drossel, Blende, etc. gedrosselt und damit die Geschwindigkeit des
Kolbens (75) beeinflusst.
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In
der oberen Zylinder-Kolben-Einheit (51) verschiebt das
Druckmittel den Kolben (55) gegenüber dem Zylinder (52)
nach rechts. Wegen des geringeren Wirkdurchmessers der oberen Zylinder-Kolben-Einheit
(51) gegenüber
der unteren Zylinder-Kolben-Einheit (71) ist der Hub des
Kolbens (55) größer als
der Hub des Kolbens (75). Die Druckfeder (58) wird
komprimiert und Hydraulikmedium aus dem rechten Druckraum (63)
der oberen Zylinder-Kolben-Einheit (51) in Richtung der
Leitung (93) und dem linken Druckraum (82) der
unteren Zylinder-Kolben-Einheit (71) transportiert.
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Wegen
des großen
Durchmessers der unteren Zylinder-Kolben-Einheit (71) gegenüber der engsten
Stelle der Leitung (92) wird der Medienstrom bei der Verdrängung stark
gedrosselt. Das System ist steif. Der Betrag der Verschiebung des
Radträgers (42)
ist gering. Der Radaufstandspunkt erfährt hierbei nur eine sehr geringe
Längsverschiebung.
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Nach
Beendigung des Bremsvorganges stellen die Druckfedern (58, 78)
die Kolben (55, 75) wieder in die Vorzugslage
zurück.
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Beim Überfahren
beispielsweise eines Schlagloches wirkt eine Stoßkraft (8) auf das
Rad (11). Diese Stoßkraft
(8) wirkt als zentraler Impuls entgegen der Fahrtrichtung
auf das Rad (11). Sie wirkt auf Höhe der Raddrehachse (15)
auf den Radträger
(42). Die Stoßkraft
(8) wird sowohl von der oberen (51) als auch von
der unteren Zylinder-Kolben-Einheit (71) aufgenommen. Das
Verhältnis
des aufgenommenen Stoßkraftanteils
von der oberen (51) zu der unteren Zylinder-Kolben-Einheit
(71) entspricht beispielsweise dem umgekehrten Verhältnis der
Abstände
der Zylinder-Kolben-Einheiten (51, 71) von der
Raddrehachse (15). Der Kolben (55) der oberen
Zylinder-Kolben-Einheit
(51) wird gegenüber
dem Zylinder (52) nach rechts verschoben. Hierbei wird die
Druckfeder (58) komprimiert und Druckmittel aus dem Druckraum
(63) des Zylinders (52) gedrosselt über die
Leitung (93) in den linken Druckraum (82) der
unteren Zylinder-Kolben-Einheit (71) verdrängt. In
der unteren Zylinder-Kolben-Einheit (71) wird der Kolben
(75) durch dieses Druckmittel und den Anteil der Stoßkraft (8)
gegenüber
dem Zylinder (72) nach rechts bewegt. Der Betrag der Verschiebung
der Kolben (55, 75) der unteren (71)
und der oberen Zylinder-Kolben-Einheit
(51) zueinander entspricht dem umgekehrten Verhältnis der
Durchmesser der beiden Zylinder-Kolben-Einheiten (51, 71).
Der Radträger (42)
wird mit den Kolben (55, 75) nach rechts verlagert.
Das System hat bei der Einwirkung von Stoßkräften (8) eine hohe
Längsnachgiebigkeit.
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Auch
hier werden nach dem Abklingen der Stoßbelastung die Zylinder-Kolben-Einheiten
(51, 71) durch zumindest eine der Druckfedern
(58, 78) wieder in ihre Vorzugslage zurückgestellt.
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Die 3 zeigt
eine Radaufhängung,
bei der die Schubgelenke (50, 70) in Längslenkern
(33, 36) angeordnet sind. Die linke Seite der 3 ist
hierbei die in Fahrtrichtung vorne liegende. Der Abstand des oberen
Schubgelenks (50) zur Raddrehachse (15) ist z.B.
größer als
der Abstand des unteren Schubgelenks (70) zur Raddrehachse
(15). Die Schubgelenke (50, 70) umfassen
auch in dem Ausführungsbeispiel nach 3 je
eine Zylinder-Kolben-Einheit (51, 71), die beispielsweise übereinander
bzw. seitlich versetzt in Längsrichtung
des Fahrzeuges angeordnet sind.
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Die
obere Zylinder-Kolben-Einheit (51) ist mit ihrem Zylinder
(52) an einem fahrzeugaufbauseitigen Schwenkgelenk (34)
des oberen Längslenkers
(33) befestigt, während
der Kolben (55) mit der Kolbenstange (54) über ein
Kugelgelenk (46, 56) mit dem Radträger (42)
verbunden ist.
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Bei
der unteren Zylinder-Kolben-Einheit (71) ist der Kolben
(75) mit der Kolbenstange (74) an einem fahrzeugaufbauseitigen
Schwenkgelenk (37) des unteren Längslenkers (36) befestigt,
während der
Zylinder (72) über
ein Kugelgelenk (76, 47) am Radträger (42)
befestigt ist.
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Die
Hydraulikleitungen (96, 97) verbinden die jeweils
linken Druckräume
(62, 82) und die jeweils rechten Druckräume (63, 83)
miteinander, so dass die Hydraulikleitungen (96, 97)
zumindest annähernd parallel
zueinander angeordnet sind. Ggf. ist an diesen Leitungen (96, 97)
ein Ausgleichsbehälter
angeschlossen.
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Die
Einwirkung einer Bremskraft (6) auf das Rad (11)
bewirkt nun eine Kompression im linken Druckraum (82) der
unteren Zylinder-Kolben-Einheit (71). Das Druckmittel wird über die
Hydraulikleitung (96) in den linken Druckraum (62)
der oberen Zylinder-Kolben-Einheit (51) verschoben und
bewirkt dort ein Ausfahren des Kolbens (55) nach rechts.
Somit bewegen sich auch in dem Ausführungsbeispiel nach 3 die
radseitigen Bauteile der Schubgelenke (50, 70)
in die gleiche Richtung.
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Der
Radträger
(42) wird gegenüber
dem Fahrzeugaufbau (1) nach rechts versetzt.
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Sind
in den Hydraulikleitungen (92, 93, 96, 97)
Drosseln angeordnet, können
diese einstellbar sein. So kann der Längsfederkomfort und damit das Dämpfungsverhalten
des Fahrzeuges beispielsweise in Abhängigkeit der Fahrparameter,
beeinflusst werden.
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Die
Druckfedern (57, 58, 77, 78)
können
innerhalb oder außerhalb
der Zylinder-Kolben-Einheiten (51, 71) angeordnet
sein. Dies können
auch Tellerfedern, Spiralfedern, Biegefedern, Zugfedern, etc. sein.
Sie können
z.B. unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen. Auch kann z.B. im
Ausführungsbeispiel nach 3 in
der oberen Zylinder-Kolben-Einheit (51) rechts eine Druckfeder
(58) und links eine Zugfeder angeordnet sein. Auch kann
zur zusätzlichen Dämpfung das
Hydraulikmedium bei einer Bewegung des Kolbens (55, 75)
durch eine Längsbohrung des
Kolbens (55, 75) gepresst werden. Ggf. kann die Steifigkeit
dieser rückstellenden
Elemente einstellbar sein, z.B. in Abhängigkeit der Fahrparameter
des Fahrzeuges.
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- 1
- Fahrzeugaufbau
- 6
- Bremskraft
- 8
- Stoßkraft
- 11
- Rad
- 12
- Reifen
- 13
- Felge
- 14
- Felgenschüssel
- 15
- Raddrehachse
- 16
- Radnabe
- 17
- Radlagerung,
Wälzlagerung
- 18
- Bremsscheibe
- 19
- Bremssattelfaust
- 20
- fahrzeugaufbauseitige
Radaufhängungsteile
- 23
- Querlenker,
oben
- 24
- Schwenkgelenk
- 26
- Querlenker,
unten
- 27
- Schwenkgelenk
- 33
- Längslenker
oben
- 34
- Schwenkgelenk
- 36
- Längslenker,
unten
- 37
- Schwenkgelenk
- 40
- radseitige
Radaufhängungsteile
- 42
- Radträger
- 43
- Achszapfen
- 46
- Kugelkalotte,
oben
- 47
- Kugelkalotte,
unten
- 50
- Schubgelenk,
oben
- 51
- Zylinder-Kolben-Einheit
- 52
- Zylinder
- 53
- Gleitstücke
- 54
- Kolbenstange
- 55
- Kolben
- 56
- Kugelkopf
- 57
- rückstellendes
Element, Druckfeder
- 58
- rückstellendes
Element, Druckfeder
- 62
- Druckraum,
links
- 63
- Druckraum,
rechts
- 70
- Schubgelenk,
unten
- 71
- Zylinder-Kolben-Einheit
- 72
- Zylinder
- 73
- Gleitstücke
- 74
- Kolbenstange
- 75
- Kolben
- 76
- Kugelkopf
- 77
- rückstellendes
Element, Druckfeder
- 78
- rückstellendes
Element, Druckfeder
- 82
- Druckraum,
links
- 83
- Druckraum,
rechts
- 92
- Hydraulikleitung
- 93
- Hydraulikleitung
- 96
- Hydraulikleitung
- 97
- Hydraulikleitung