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Die
Erfindung betrifft eine angetriebene Fahrzeugachse eines Kraftfahrzeugs,
insbesondere eine angetriebene Hinterachse eines Personenkraftwagens
mit Einzelradaufhängung,
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Gattungsgemäße angetriebene
Fahrzeugachsen haben sich insbesondere bei Personenkraftwagen bewährt, da
sie einen anhand zahlreicher Geometriefaktoren gut optimierbaren
Kompromiss zwischen dem wünschenswerten
Fahrkomfort und der erforderlichen Fahrstabilität, Agilität und Spurtreue darstellen.
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Ein
wesentlicher Einflussfaktor für
das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs wird durch die Elastokinematik
der Bestandteile der Radaufhängung
gebildet, sprich, durch die Art und Weise der relativen Lageänderungen
der Radführungselemente
unter Krafteinwirkung; wobei sich solche relativen Lageänderungen
insbesondere aufgrund der mehr oder weniger elastischen Anbindung
der Radführungselemente
bzw. Radführungslenker
am Achsträger
bzw. im Bereich des Chassis des Kraftfahrzeugs ergeben.
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Aus
der
DE 100 19 391
A1 ist eine angetriebene Hinterachse mit Einzelradaufhängung für ein Kraftfahrzeug
bekannt, bei der die den Radträger
führenden
Lenker elastisch an einem sog. Fahrschemel bzw. Achsträger angebunden
sind. Dabei ist der Fahrschemel selbst wiederum – ebenfalls elastisch – an der
Fahrzeugkarosserie angebunden. Diese doppelte elastische Anbindung
der Radführungslenker an
der Fahrzeugkarosserie erfolgt mit dem Hintergrund möglichst
weitgehender Unterdrückung
der Körperschallübertragung
von der Fahrbahn bzw. von den Rädern
auf die Karosserie, und steht somit im Dienst des Fahrkomforts und
der Geräuschreduzierung
insbesondere bei hochwertigen Kraftfahrzeugen.
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Bekannte
Fahrzeugachsen bzw. Einzelradaufhängungen, die derartige Fahrschemel
bzw. Achsträger
umfassen, sind jedoch zunächst
einmal verhältnismäßig aufwändig in
Konstruktion und Produktion. Dies hängt insbesondere mit dem zumeist
in Form eines räumlich
komplexen Bauteils vorliegenden Fahrschemel bzw. Achsträger zusammen,
dem bei angetriebenen Fahrzeugachsen die weitere Aufgabe zukommt,
das Hinterachsgetriebe bzw. Differentialgetriebe aufzunehmen und
dasselbe zumeist ebenfalls elastisch zu lagern.
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Daher
besitzen bekannte Fahrschemel bzw. Achsträger häufig die Form eines steifen
Käfigs,
der in seinem Innenraum mittels entsprechender elastischer Lagerpunkte
das Achsgetriebe aufnimmt, und der in seinen Außenbereichen entsprechende
Lagerpunkte zur Anbindung der Radführungselemente bereitstellt.
Zusätzlich
weist ein derartiger Fahrschemel bzw. Achsträger im Allgemeinen eine Anzahl
von Anbindungspunkten zur ebenfalls elastischen Anbindung des Achsträgers, und
damit indirekt auch der Radführungselemente
und des Hinterachsgetriebes, an Chassis bzw. Fahrzeugkarosserie
auf.
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Damit
stellen derartige Fahrschemel bzw. Achsträger im Ergebnis jedoch aufwändige, hochbelastete
und somit schwere und teure, wie auch erheblichen Bauraum beanspruchende
Bauteile dar, die zudem zumeist fahrzeugspezifisch unterschiedlich ausgebildet
sind, was die auch im Bereich von Radaufhängungen bzw. Achssystemen eigentlich
wünschenswerte
Modularisierung erschwert oder verunmöglicht.
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Aus
dem Stand der Technik ebenfalls bekannte Fahrzeugachsen bzw. Radaufhängungen,
die keinen Achsträger
bzw. Fahrschemel aufweisen, zeichnen sich zwar zunächst einmal
durch einen konstruktiv einfacheren Aufbau aus. Bei derartigen Fahrzeugachsen
lässt jedoch
die akustische Entkopplung sowohl des Achsgetriebes als auch des
Radträgers bzw.
der Radführungselemente
zu wünschen übrig, da
bei derartigen Fahrzeugachsen ohne Fahrschemel zumeist keine doppelte
akustische Entkopplung des Achsgetriebes bzw. der Radführungselemente erfolgt.
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Mit
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine angetriebene Fahrzeugachse mit Einzelradaufhängung zu
schaffen, mit der die genannten, im Stand der Technik vorhandenen
Nachteile überwunden
werden. Die Fahrzeugachse soll dabei insbesondere zu Vorteilen hinsichtlich
des benötigten
Bauraums, in Bezug auf Gewichtsersparnis sowie bezüglich Kostenreduzierung in
Konstruktion, Produktion und Montage führen. Ferner sollen Verbesserungen
bezüglich
der Modularität von
Radaufhängungen
und Achssystemen erreicht werden. Schließlich sollen mit der Fahrzeugachse auch
Verbesserungen hinsichtlich Akustik und Körperschallentkopplung erreicht
werden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Fahrzeugachse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1
gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In
für sich
genommen zunächst
bekannter Weise ist die Fahrzeugachse gemäß der Erfindung insbesondere,
jedoch keineswegs ausschließlich,
für den
Einsatz als angetriebene Hinterachse eines Personenkraftwagens vorgesehen,
und umfasst in an sich ebenfalls bekannter Weise ein Hinterachsgetriebe
sowie für
jedes Rad eine Anzahl von Radführungselementen,
also beispielsweise eine Anzahl von Radführungslenkern wie Querlenker,
Längslenker
und dergleichen.
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Erfindungsgemäß zeichnet
sich die Fahrzeugachse jedoch dadurch aus, dass zumindest einer
der jedem Rad zugeordneten Radführungselemente
mittelbar oder unmittelbar am Hinterachsgetriebe angelenkt ist.
Das Hinterachsgetriebe ist dabei gleichzeitig elastisch mit zumindest
einer Trägereinrichtung
verbunden, wobei wiederum die Trägereinrichtung
elastisch mit der Karosseriestruktur verbunden ist.
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Mit
anderen Worten bedeutet dies zunächst einmal,
dass zumindest eines der Radführungselemente
jedes Rades – anstelle
der aus dem Stand der Technik bekannten Anlenkung am Fahrschemel – erfindungsgemäß vielmehr
am Hinterachsgetriebe angelenkt ist. Diese Anbindung zumindest eines
Radführungselements
jedes Rades unmittelbar am Gehäuse
des Hinterachsgetriebes, oder – zum
Beispiel über
einen Adapter – mittelbar
am Gehäuse
des Hinterachsgetriebes, ermöglicht
zunächst
einmal eine wesentliche Vereinfachung, bzw. sogar den vollständigen Wegfall
des im Stand der Technik notwendigen Fahrschemels und führt somit
auch zu den mit diesem vereinfachten Aufbau verbundenen, entsprechenden
Gewichts- und Kosteneinsparungen.
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Ferner
erlaubt die erfindungsgemäße elastische
Anbindung des Hinterachsgetriebes an der Trägereinrichtung, wobei die Trägereinrichtung
wiederum elastisch mit der Karosseriestruktur verbunden ist, zusätzlich auch
Verbesserungen bezüglich Achsakustik
bzw. Körperschallentkopplung.
Dies hängt
damit zusammen, dass bei der erfindungsgemäßen Anbindung eines Radführungselements – nicht
wie im Stand der Technik lediglich über den Fahrschemel, sondern
vielmehr sequenziell sowohl über
das Hinterachsgetriebe als auch über
die Trägereinrichtung – an die
Fahrzeugkarosserie dazu führt, dass
der über
das Radführungselement
eingeleitete Körperschall
im Vergleich mit dem Stand der Technik eine weitere, zusätzliche
Dämpfungsebene
durchlaufen muss.
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Denn
beim Stand der Technik wird der Körperschall vom Radführungselement über eine
erste Dämpfungsebene
auf den Fahrschemel übertragen, und
von diesem über
eine zweite Dämpfungsebene teilweise
an die Karosserie weitergegeben. Bei der Erfindung hingegen wird
der vom Radführungselement
stammende Körperschall
zunächst über eine erste
Dämpfungsebene
auf das Gehäuse
des Hinterachsgetriebes, von dort über eine weitere Dämpfungsebene
auf die Trägereinrichtung,
und von dieser schließlich über eine
dritte Dämpfungsebene – zu einem
somit viel geringeren Anteil – an
die Fahrzeugkarosserie übertragen.
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Die
hingegen auch bereits beim Stand der Technik vorhandene doppelte
akustische Entkopplung des Hinterachsgetriebes (über die elastische Anbindung
des Hinterachsgetriebes am Fahrschemel sowie über die elastische Anbindung
des Fahrschemels an der Karosserie) bleibt auch bei der erfindungsgemäßen Fahrzeugachse
bzw. Radaufhängung
(über die
elastische Anbindung des Hinterachsgetriebes an der Trägereinrichtung,
die ihrerseits ebenfalls elastisch an die Karosserie angebunden ist)
erhalten. Somit bleibt das häufig
akustisch auffällige
Hinterachsgetriebe bzw. Differentialgetriebe auch bei dem erfindungsgemäß – gegenüber Fahrzeugachsen
mit Fahrschemel – vereinfachten
Achsaufbau nach wie vor doppelt und somit besonders gut akustisch
von der Fahrzeugkarosserie entkoppelt.
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Im
Vergleich zu herkömmlichen,
aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannten Achsen ohne Achsträger bzw.
Fahrschemel bietet die Fahrzeugachse gemäß der vorliegenden Erfindung
bei vergleichbar geringem baulichen Aufwand jedoch eine bezüglich Körperschall
und Akustik verbesserte Anbindung sowohl des Achsgetriebes als auch
des Radführungselements
gegenüber
der Fahrzeugkarosserie.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind sämtliche
einem Rad zugeordneten Querlenker mittelbar oder unmittelbar am
Hinterachsgetriebe angelenkt. Diese Ausführungsform bringt den Vorteil
mit sich, dass auf diese Weise ein Fahrschemel bzw. Achsträger obsolet wird,
also nicht nur vereinfacht werden kann, sondern vielmehr komplett
entfallen kann. Auf diese Weise wird somit ein konstruktiv besonders
einfacher Aufbau der Fahrzeugachse bzw. Radaufhängung erreicht. Zudem können somit
die Querlenker auf die oben beschriebene Weise – nicht nur wie im Stand der
Technik über
zwei sequenzielle, also hintereinander geschaltete Dämpfungsebenen – sondern
sogar über
bis zu drei sequenzielle Dämpfungsebenen
mit der Fahrzeugkarosserie verbunden werden, mit den entsprechenden
vorteilhaften Folgen bezüglich
besserer Körperschallentkopplung
und Akustik.
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Ferner
wird aufgrund der hohen Steifigkeit des Hinterachsgetriebegehäuses so
auch ohne Achsträger
eine steife Anlenkung der Querlenker erzielt, was wiederum vorteilhafte
Wirkungen in Bezug auf Fahrdynamik und Spurtreue mit sich bringt.
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Gemäß weiterer
bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung ist zumindest eines der Radführungselemente jedes Rades
unmittelbar am Hinterachsgetriebe angelenkt, bzw. es ist zumindest
eines der Radführungselemente
jedes Rades mittels einer am Hinterachsgetriebe angeordneten Flanscheinrichtung
am Hinterachsgetriebe angelenkt. Die Anbindung eines Radführungselements,
beispielsweise eines Querlenkers, direkt am Hinterachsgetriebegehäuse führt zu einer
besonders platzsparenden, robusten und steifen Verbindung zwischen
Hinterachsgetriebe und Querlenker. Wahlweise erlaubt die Anbindung
eines Radführungselements
am Hinterachsgetriebe mittels einer am Hinterachsgetriebe angeordneten
Adapter- oder Flanscheinrichtung eine besonders große Flexibilität und Modularität bezüglich der
Variantenbildung sowie bezüglich
Anordnung und Länge
des Radführungselements.
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Sofern
mehrere Radführungselemente
eines Rades am Hinterachsgetriebe angelenkt werden, kann dabei auch
eine Kombination aus unmittelbar am Hinterachsgetriebe angelenkten
Radführungselementen
und aus mittelbar über
eine am Hinterachsgetriebe angeordnete Adapter- oder Flanscheinrichtung
angelenkten Radführungselementen
vorgesehen sein. Auch eine solche Kombination aus unmittelbar sowie
mittelbar am Hinterachsgetriebe angelenkten Radführungselementen ist vorteilhaft
im Sinne einer besseren Bauraumausnutzung, Modularität sowie
im Sinne der Verbreiterung der Abstützungsbasis zwischen den einzelnen
Radführungselementen
bzw. Querlenkern.
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Gemäß einer
weiteren, bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Hinterachsgetriebe mittels zumindest zweier
voneinander beabstandet angeordneter Trägereinrichtungen mit der Fahrzeugkarosserie
verbunden. Dabei ist eine hintere Trägereinrichtung fahrtrichtungsbezogen
im hinteren Bereich des Hinterachsgetriebes, bzw. hinter dem Hinterachsgetriebe
angeordnet. Die Anbindung des Hinterachsgetriebes an der Karosserie
mittels zweier beabstandeter Trägereinrichtungen
erlaubt eine bessere und sicherere Abstützung des Hinterachsgetriebes insbesondere
im Hinblick auf Drehmomente, die vom Antrieb, bzw. über die
am Hinterachsgetriebe angelenkten Radführungselemente in das Gehäuse des Hinterachsgetriebes
eingeleitet werden.
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Nach
weiteren, bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist die hintere Trägereinrichtung über zwei
horizontal beabstandet angeordnete elastische Lagereinrichtungen
mit dem Hinterachsgetriebe bzw. mit der Karosserie verbunden. Diese
Ausführungsformen
ermöglichen
einerseits eine konstruktiv einfache Gestaltung der Trägereinrichtung
und erlauben andererseits die Aufnahme von Drehmomenten bei gleichzeitig
geringen Verwindungen.
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Letzteres
gilt insbesondere dann, wie dies eine weitere Ausführungsform
der Erfindung vorsieht, wenn der horizontale Abstand der elastischen Lagereinrichtungen,
mit denen die hintere Trägereinrichtung
mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, größer oder gleich der halben
Spurweite des Kraftfahrzeugs ist. Dank dieser Ausführungsform
können trotz
der im Sinne der Komfortverbesserung wünschenswerten Verwendung von
weichen Elastomerlagern erhebliche Drehmomente in die Karosserie eingeleitet
werden, ohne dass es – dank
der breiten Abstützungsbasis
aufgrund des großen
Abstands der Lagereinrichtungen – zu nennenswerten Verwindungen
zwischen der Trägereinrichtung
und der Karosserie kommt.
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Für die Verwirklichung
der Erfindung ist es zunächst
nicht wesentlich, welche konstruktive Ausführung und Form die hintere
Trägereinrichtung
erhält,
solange die Einleitung der im Bereich des Hinterachsgetriebes anfallenden
Kräfte
und Drehmomente über
die hintere Trägereinrichtung
in die Karosseriestruktur gewährleistet
ist. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist jedoch die hintere Trägereinrichtung im Wesentlichen
durch eine quer zur Fahrtrichtung angeordnete Strebe gebildet.
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Die
Ausführung
der hinteren Trägereinrichtung
in Form einer derartigen Trägerstrebe
führt zu einem
denkbar einfachen Aufbau der Aufhängung des erfindungsgemäß als Anlenkpunkt
für Radführungselemente
dienenden Hinterachsgetriebes.
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Auf
diese Weise lassen sich in Konstruktion, Herstellung und Montage
im Vergleich zu den aufwändigen
Achsträgern
bzw. Fahrschemeln aus dem Stand der Technik zunächst einmal erhebliche Kostenumfänge einsparen.
Ferner lässt
sich eine im Wesentlichen in Form einer Trägerstrebe ausgebildete hintere
Trägereinrichtung
für das
Hinterachsgetriebe sehr leicht in unterschiedlichen Längen produzieren bzw.
vorhalten. Auf diese Weise wird der wünschenswerte modulare Aufbau
der Radaufhängung
bzw. des Achssystems unterstützt,
und das Achssystem lässt sich
mit nur geringem Aufwand – beispielsweise
mittels Adaptervorrichtungen – leicht
an die verschiedensten Fahrzeugtypen anpassen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist eine vordere Trägereinrichtung zur Aufhängung des
Hinterachsgetriebes fahrtrichtungsbezogen im vorderen Bereich des
Hinterachsgetriebes, bzw. vor dem Hinterachsgetriebe angeordnet.
Auf diese Weise wird, zusammen mit der hinteren Trägereinrichtung,
eine vergrößerte Abstützungsbasis
zur Aufhängung
des Hinterachsgetriebes für
die Einleitung von Kräften
und Drehmomenten vom Hinterachsgetriebe auf die Karosseriestruktur geschaffen.
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Besonders
bevorzugt ist dabei die vordere Trägereinrichtung über jeweils
zumindest eine elastische Lagereinrichtung sowohl mit dem Hinterachsgetriebe
als auch mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Auf diese Weise ergibt
sich, ähnlich
wie bei der hinteren Trägereinrichtung,
auch bei der vorderen Trägereinrichtung
eine doppelte akustische Entkopplung des Hinterachsgetriebes, ausgehend
von der ersten elastischen Lagereinrichtung, über die vordere Trägereinrichtung
und die zweite elastische Trägereinrichtung,
auf die Fahrzeugkarosserie.
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Vorzugsweise
ist die vordere Trägereinrichtung
an einem mit dem Hinterachsgetriebe verbundenen Ausleger angeordnet,
wobei der Ausleger im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Fahrzeugs
verläuft.
Aufgrund des dank des Auslegers weiter nach vorne verlegten vorderen Anlenkpunkts
für das
Hinterachsgetriebe können
wieder weichere Elastomerlager zur Aufhängung des Hinterachsgetriebes
verwendet werden, ohne dass es gleichzeitig zu unerwünschten
Verschiebungen des Hinterachsgetriebes bei Kraft- bzw.
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Momentenbeaufschlagung
kommt. Dabei wird durch die weicher ausgelegten Lagereinrichtungen
gleichzeitig eine bessere akustische Entkopplung zwischen Hinterachsgetriebe
und Karosseriestruktur erreicht.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Verbindung zwischen dem Ausleger und der vorderen
Trägereinrichtung durch
ein den Ausleger umgreifendes, im Wesentlichen ringförmiges Elastomerlager
gebildet. Ein derartiges ringförmiges
Elastomerlager, das den Ausleger bevorzugt endseitig umgreift, ist
robust und gleichzeitig besonders platzsparend.
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Gemäß weiterer
bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung ist der Ausleger durch ein Auslegerrohr gebildet,
wobei vorzugsweise die Kardanwelle zum Hinterachsgetriebe zumindest
abschnittsweise durch das Auslegerrohr verläuft. Die Ausbildung des Auslegers
als Auslegerrohr ist vorteilhaft insofern, als ein rohrförmiger Ausleger
eine hohe Biegesteifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht aufweist.
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Der
Verlauf der Kardanwelle durch das Auslegerrohr bringt einen konstruktiv
vorteilhaften Doppelnutzen mit sich und führt ferner zu weiteren Masse-
sowie Bauraumeinsparungen. Besonders bevorzugt ist dabei die Kardanwelle
zumindest bereichsweise im Auslegerrohr gelagert. Auf diese Weise
wird eine besonders hohe konstruktive Integration erreicht, und
die Kardanwelle und deren Lagerung werden besonders effektiv gegen
Umgebungseinflüsse bzw.
Beschädigungen
geschützt.
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Die
Erfindung lässt
sich unabhängig
davon verwirklichen, wie viele Radführungselemente vorhanden sind
und wie die vorhandenen Radführungselemente
konstruktiv ausgebildet und angeordnet sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist die Fahrzeugachse jedoch ein Längslenkerelement auf. Dabei
greift das dem jeweiligen Rad zugeordnete Federelement unmittelbar
am Längslenkerelement
an. Diese Ausführungsform erlaubt – im Vergleich
zur Anlenkung des Federelements an Radträger bzw. Querlenker – eine größere Gestaltungsfreiheit
im Bereich der Querlenker und des Federelements. Insbesondere kann
auf diese Weise das Federelement tiefer angeordnet werden, wodurch
im Bereich der Radaufhängung
Bauraum frei wird, der beispielsweise zur Vergrößerung des Fahrzeuginnenraums
bzw. Kofferraums genutzt werden kann.
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Mit
diesem Hintergrund ist es gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, dass alle einem Rad zugeordneten Querlenker
als Zug- bzw. Druckstreben ausgebildet sind. Dies führt zu weiterer
Gewichtsersparnis, da aufgrund der Anordnung des Federelements am Längslenkerelement
von den Querlenkern keine Biegemomente mehr, sondern lediglich Zug-
bzw. Druckkräfte
zu übertragen
sind. Auf diese Weise werden auch die für den Fahrkomfort mit entscheidenden ungefederten
Massen weiter reduziert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Fahrzeugachse einen Wankstabilisator.
Dabei erfolgt die radseitige Anbindung des Wankstabilisators im
Unterschied zum Stand der Technik nicht an einem der Querlenker,
sondern vielmehr am Radträger
bzw. am Längslenker.
Auch auf diese Weise werden die auf die Querlenker wirkenden Biegebelastungen
reduziert, was wiederum die massereduzierte Gestaltung der Querlenker
mit geringerem Querschnitt erlaubt.
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Gemäß einer
weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, die karosserieseitige Anbindung des Längslenkers dergestalt
anzuordnen, dass sich die Anbindung des Längslenkers in Fahrzeugquerrichtung – bezüglich der
von der fahrzeugseitigen Radoberfläche aufgespannten Radinnenebene – auf der
Fahrzeugseite befindet.
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Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass die im Stand der Technik häufig ungefähr in der
Radmittelebene angeordnete vordere Anbindung des Längslenkers
gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung ungefähr
in der Horizontalen um ein gewisses Maß zur Fahrzeugmitte hin verschoben
wird. Hiermit wird erreicht, dass die auf den Längslenker wirkenden Kräfte, insbesondere
die Federkraft eines am Längslenker
angelenkten Federelements, nur noch geringe Kippmomente auf den
Längslenker
und damit auch auf die Radaufhängung
bzw. auf den Radträger übertragen.
Auf diese Weise lassen sich die unter Einfluss der Federkraft des
Federelements hervorgerufene Kipptendenz bzw. Sturzänderung des
jeweiligen Rades und die Gummilagervorlast verringern sowie das
Vorspurverhalten verbessern.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die karosserieseitige Anbindung des Längslenkerelements
an der vorderen Trägereinrichtung
des Hinterachsgetriebes erfolgt. Diese Ausführungsform, die beispielsweise
dann zur Anwendung kommen kann, wenn die vordere Trägereinrichtung beispielsweise
als Querträger
ausgebildet ist, ist insbesondere insofern vorteilhaft, als auf
diese Weise zusätzlich
auch eine doppelte akustische Entkopplung des Längslenkerelements – einerseits über die elastische
Anbindung des Längslenkerelements
an der vorderen Trägereinrichtung
und andererseits über
die ebenfalls elastische Anbindung der vorderen Trägereinrichtung
an der Karosserie – erfolgen
kann.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele
darstellender Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 in
isometrischer Darstellung Radaufhängung bzw. Achssystem einer
angetriebenen Hinterachse eines Personenkraftwagens gemäß dem Stand
der Technik in schräger
Vorderansicht;
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2 in
schematischer isometrischer Darstellung Radaufhängung einer angetriebenen Hinterachse
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einer schrägen Vorderansicht;
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3 in
einer 1 entsprechenden Darstellung und Ansicht Radaufhängung einer
angetriebenen Hinterachse gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 in
einer 1 und 3 entsprechenden Darstellung
und Ansicht Radaufhängung
einer angetriebenen Hinterachse gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 in
isometrischer Darstellung die Radaufhängung gemäß 3 in einer
weiteren schrägen Vorderansicht;
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6 in
einer 5 entsprechenden Darstellung und Ansicht die Radaufhängung gemäß 4;
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7 in
isometrischer Darstellung die Radaufhängung gemäß 3 und 5 in
schräger rückwärtiger Ansicht;
und
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8 in
einer 7 entsprechenden Darstellung und Ansicht die Radaufhängung gemäß 4 und 6.
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In 1 zeigt
in isometrischer Darstellung in einer schrägen Vorderansicht die Radaufhängung bzw.
das Achssystem einer angetriebenen Hinterachse eines Personenkraftwagens
gemäß dem Stand
der Technik.
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Man
erkennt die beiden jeweils mit Längslenkern 1 und
Querlenkern 2, 3 versehene Radaufhängung wie
auch das Hinterachsgetriebe bzw. Differentialgetriebe 4.
Das dargestellte Achssystem umfasst dabei insbesondere auch einen
Hinterachsträger 5, der
sich käfigartig über und
um das Hinterachsgetriebe 4 erstreckt. Der Hinterachsträger 5 ist
mittels einer Reihe von Elastomerlagern 6 zunächst einmal
mit dem (nicht dargestellten) Chassis, bzw. mit der Karosseriestruktur
des Kraftfahrzeugs verbunden.
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Ferner
sind am Hinterachsträger 5 wesentliche
Bestandteile der Radaufhängung
bzw. der Hinterachse befestigt. Dies gilt insbesondere sowohl für die oberen 3 und
unteren Querlenker 2 der jeweiligen Radaufhängung als
auch für
das Hinterachsgetriebe 4 selbst. Der Achsträger 5 stellt
mit anderen Worten dasjenige Bauteil dar, das der schwingungsmäßig entkoppelten
Montage der gesamten Hinterachse als Baugruppe, einschließlich des
Hinterachsgetriebes 4, am Fahrzeugchassis dient.
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Dabei
sind bei diesem aus dem Stand der Technik bekannten Achssystem sowohl
das Hinterachsgetriebe 4, als auch die Querlenker 2, 3 akustisch
bzw. schwingungsmäßig doppelt
vom Fahrzeugchassis entkoppelt, da sowohl das Hinterachsgetriebe 4 als
auch die Querlenker 2, 3 zunächst einmal elastisch am Achsträger 5 angelenkt
sind, während
der Achsträger 5 selbst
mittels der Elastomerlager 6 wiederum elastisch mit dem
Fahrzeugchassis verbunden ist. Auf diese Weise wird im Stand der Technik
bereits eine gute akustische Entkopplung zwischen Fahrbahn und Fahrzeug,
bzw. zwischen Hinterachsgetriebe 4 und Fahrzeuginnenraum
erreicht.
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Aufgrund
des hierzu bisher notwendigen Achsträgers 5 sind derartige
Achssysteme jedoch vergleichsweise aufwändig und damit teuer. Dies hängt insbesondere
damit zusammen, dass der Achsträger 5 einer
derartigen Hinterachse ein hochbelastetes und damit tendenziell
schweres und teures Bauteil darstellt, welches zudem ein nicht unerhebliches
Maß an
Bauraum am Unterboden des Kraftfahrzeugs beansprucht. Zudem muss
ein derartiger Achsträger 5 zumeist
fahrzeugspezifisch gestaltet werden, was ebenfalls zu vergleichsweise
hohen Kosten führt,
und wodurch die im Zuge der Verringerung der Variantenvielfalt wünschenswerte
Modularisierung von Radaufhängungen
bzw. Achssystemen erschwert wird.
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In 2 ist
in schematischer, isometrischer Darstellung die Radaufhängung einer
angetriebenen Hinterachse gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Man erkennt zunächst einmal,
dass das Achssystem gemäß 2 im
Unterschied zum Stand der Technik gemäß 1 keinen
aufwändigen.
käfigartigen
Achsträger 5 umfasst.
Viehmehr sind bei der Hinterachse gemäß 2 insbesondere
die Querlenker 2, 3 nicht mehr mit dem – hier weggefallenen – Achsträger 5 verbunden,
sondern stattdessen am Gehäuse
des Hinterachsgetriebes 4 angelenkt. Dies bedeutet mit
anderen Worten, dass das Hinterachsgetriebe 4 hier erfindungsgemäß einen
wesentlichen Teil der Aufgaben des weggefallenen Achsträgers 5 übernimmt.
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Bereits
dies führt
zu einer erhöhten
Funktionsintegration des gesamten Achssystems, und ermöglicht damit
zunächst
einmal erhebliche Kosten- und Gewichtsreduktion aufgrund Wegfalls
des Achsträgers 5.
Ferner wird mit dem Wegfall des Achsträgers 5 auch Bauraum
in nicht unerheblichem Maße eingespart,
insbesondere im Bereich oberhalb des Hinterachsgetriebes 4.
Hierdurch lässt
sich beispielsweise entweder die Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs erhöhen, oder
aber der Karosserieboden im Bereich des Hinterachsgetriebes 4 kann
abgesenkt werden, wodurch sich beispielsweise Vergrößerungen
des Kofferraums erreichen lassen.
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Schließlich kann
auf diese Weise auch die wirksame Länge der Querlenker 2, 3 vergrößert werden,
wodurch die beim Einfedern entstehenden Geometrieänderungen
kleiner ausfallen und womit sich das Fahrverhalten in vorteilhafter
Weise beeinflussen lässt.
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Man
erkennt in 2 weiterhin, dass das Hinterachsgetriebe 4 mittels
zweier als Querträger 7, 8 ausgebildeter
Befestigungselemente mit dem Fahrzeugchassis verbunden ist. Dabei
sind vorderer Querträger 7 und
hinterer Querträger 8 mittels
Elastomerlagern 9, 10 bzw. 11, 12 jeweils
sowohl mit dem Hinterachsgetriebe 4 als auch mit dem Fahrzeugchassis
verbunden. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das Hinterachsgetriebe 4 trotz
des weggefallenen Achsträgers 5 nach
wie vor doppelt akustisch gegenüber
der Fahrzeugkarosserie entkoppelt ist.
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Mit
dem Achssystem gemäß 2 wird
bezüglich
der Querlenker 2, 3 – gegenüber dem Stand der Technik gemäß 1-
sogar eine um eine zusätzliche
Dämpfungsebene
verbesserte, dreifache akustische Entkopplung erreicht. Denn die
Querlenker 2, 3 sind durch die Elastomergelenke 13 zunächst einmal
elastisch mit dem Gehäuse
des Hinterachsgetriebes 4 verbunden, das Gehäuse des
Hinterachsgetriebes 4 ist wiederum ebenfalls mittels Elastomerlagern 10, 12 elastisch
mit den Querträgern 7, 8 verbunden,
und schließlich
sind auch die Querträger 7, 8 selbst
wiederum mittels der Elastomerlager 9, 11 mit
dem Fahrzeugchassis, bzw. mit der Fahrzeugkarosserie verbunden.
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Beim
Stand der Technik gemäß 1 hingegen
sind die Querlenker 2, 3 nicht dreifach, sondern lediglich
zweifach akustisch von der Fahrzeugkarosserie entkoppelt; nämlich zum
einen über
die elastische Anbindung der Querlenker 2, 3 am
Achsträger 5,
und zum anderen mittels der elastischen Anbindung 6 des
Achsträgers 5 an
der Karosserie.
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Das
Achssystem gemäß 2 weist
ferner die Besonderheit auf, gemäß der der
vordere Querträger 7,
welcher primär
zur Aufhängung
und Abstützung
des vorderen Bereichs des Hinterachsgetriebes 4 gegenüber dem
Fahrzeugchassis dient, bei der Ausführungsform gemäß 2 zudem
auch als Anlenkung für
die Längslenker 1 der
Radaufhängung zum
Einsatz kommt. Dies bedeutet insbesondere, dass auf diese Weise
auch die Längslenker 1 über eine
zusätzliche
Dämpfungsebene
akustisch vom Fahrzeugchassis entkoppelt werden können.
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3 und 4 zeigen
zwei untereinander konstruktiv verwandte Ausführungsformen von Radaufhängungen
für eine
angetriebene Hinterachse gemäß weiterer
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Man
erkennt zunächst
einmal insbesondere die Anbindung der Querlenker 2, 3 am
Hinterachsgetriebe 4, die bei den Ausführungsformen gemäß 3 und 4 jeweils
mittels eines Hilfsflansches 14 erfolgt. Dabei ist der
Hilfsflansch 14 im vorderen Bereich des Hinterachsgetriebes 4 zwischen
dem Hinterachsgetriebegehäuse 4 und
einem Ausleger 15 angeordnet, wobei der Ausleger 15 Teile
der zur Hinterachse führenden
Kardanwelle 16 aufnimmt. Ferner geht aus den 3 und 4 die
jeweils als Querträger 8 ausgebildete
hintere Aufhängung
des – gleichzeitig
den Achsträger
bildenden bzw. ersetzenden – Hinterachsgetriebes 4 hervor.
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Man
erkennt, dass die als Querträger 8 ausgebildete
hintere Aufhängung
des Hinterachsgetriebes 4 konstruktiv besonders einfach
ausgeführt
werden kann, ferner platzsparend in Fahrtrichtung hinter dem Hinterachsgetriebe 4 angeordnet
ist, und zudem, zum Einsatz bei verschiedenen Fahrzeugtypen, auf
einfachste Weise modular in verschiedenen Ausführungen und insbesondere Längenabmessungen ausgeführt werden
kann.
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Dabei
ist der hintere Querträger 8 mittels
jeweils zweier Elastomerlagerstellen 11, 12 sowohl
mit der Karosseriestruktur als auch mit dem Hinterachsgetriebe 4 verbunden.
Wird – wie
beispielsweise bei der Ausführungsform
gemäß 3 der
Fall – ein
hinterer Querträger 8 mit
vergleichsweise großer
Länge gewählt, so
können
insbesondere für
die Verbindung 11 zwischen Querträger 8 und Karosserie,
bei geeigneter Gestaltung jedoch auch für die Verbindung 12 zwischen
Hinterachsgetriebe 4 und Querträger 8, vergleichsweise
weiche Elastomerlager verwendet werden, ohne dass es zu unerwünscht großen Bewegungen
bzw. Verwindungen des Hinterachsgetriebes 4 gegenüber der
Karosserie kommt. Dank der somit verwendbaren weichen Elastomerlager
werden jedoch auch die durch Radaufhängung bzw. Hinterachsgetriebe 4 erzeugten
bzw. eingeleiteten Schwingungen und akustische Störungen besonders
effektiv ausgefiltert.
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Die
Ausführungsformen
gemäß 3 und 4 unterscheiden
sich ferner anhand der vorderen Anbindung zwischen Hinterachsgetriebe 4 und Fahrzeugkarosserie.
In beiden Fällen,
also sowohl bei der Ausführungsform
gemäß 3,
als auch bei der Ausführungsform
gemäß 4,
besitzt das Hinterachsgetriebe 4 einen in Fahrtrichtung
des Kraftfahrzeugs nach vorne abragenden Ausleger 15, der auch
einen Teilbereich der zum Hinterachsgetriebe 4 führenden
Kardanwelle 16 aufnimmt. Der Ausleger 15 dient
jedoch gleichzeitig der vorderen Abstützung und Aufhängung des
Hinterachsgetriebes 4, und damit auch der Radaufhängung bzw.
der Querlenker 2 und 3 an der Fahrzeugkarosserie.
Zu diesem Zweck ist im Bereich des fahrtrichtungsbezogen vorderen Ende
des Auslegers 15 des Hinterachsgetriebes 4 ein
Zwischenträger 17 angeordnet,
der mittels weiterer Elastomerlager 19 wiederum elastisch
sowohl mit dem vorderen Ende des Auslegers als auch mit der Fahrzeugkarosserie
verbunden ist.
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Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass auf diese Weise somit auch im
Bereich der vorderen Aufhängung
des Hinterachsgetriebes eine doppelte akustische Entkopplung des
Hinterachsgetriebes 4 gegenüber der Karosseriestruktur
des Kraftfahrzeugs erfolgt. Dabei ist der Zwischenträger 17 bei
der Ausführungsform
gemäß 3 im
Wesentlichen mittels eines (hier durch das Kardangelenk verdeckten) Standard-Elastomerlagers 18 mit
dem vorderen Ende des Auslegers verbunden. Die Verbindung des Zwischenträgers mit
der Karosseriestruktur, bzw. mit dem (nicht dargestellten) Kardantunnel,
erfolgt ebenfalls wieder über
Elastomerlager 19.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 4 ist der
Zwischenträger
mittels eines ringförmigen
Elastomerlagers 20 mit dem vorderen Ende des Auslegers 15 verbunden.
Zwei weitere Elastomerlager 19 stellen wieder die Verbindung
mit der Karosseriestruktur her, deren Ausläufer hier durch das kastenförmige Bauteil 21 angedeutet
sind.
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In
den 5 und 6 sind die Radaufhängungen
bzw. Achssysteme gemäß 3 und 4 in
einer weiteren Schrägansicht
mit anderem Blickwinkel erneut dargestellt. Man erkennt wieder das Hinterachsgetriebe 4 mit
dem jeweiligen Aufnahmeflansch 14 für die fahrzeugseitigen Lager
der Querlenker 2, 3, die hintere Aufhängung des
Hinterachsgetriebes 4 in Form des Querträgers 8,
sowie die vordere Aufhängung
des Hinterachsgetriebes 4 mittels Ausleger 15 und
Zwischenträger 17.
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Aus
den 5 und 6 geht ferner ein wesentlicher
weiterer Unterschied zum Stand der Technik hervor. Dieser Unterschied
besteht darin, dass bei den Ausführungsformen
erfindungsgemäßer Radaufhängungen
gemäß 2 bis 8 sowohl
Federelemente 22 bzw. 23 als auch Dämpferelement 24 unmittelbar
am Radträger
bzw. an dem unmittelbar mit dem Radträger verbundenen Längslenker 1 angreifen.
Dies ist vorteilhaft insofern, als Radträger bzw. Längslenker 1 ohnehin
hochbelastete und damit vergleichsweise massiv ausgebildete Bauteile
darstellen, die die Einleitung von Kräften und Momenten über Feder-
bzw. Dämpferelemente 22, 23, 24 ohne weiteres
ermöglichen.
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Auf
diese Weise werden jedoch gleichzeitig die Querlenker 2, 3 vollständig von
den durch Feder- oder Dämpferelemente 22, 23, 24 eingeleiteten
Kräften
und Momenten entlastet, und können
damit im Wesentlichen als stabförmige
Zug- bzw. Druckstreben ausgebildet werden. Der damit verbundene
Vorteil wird insbesondere anhand Zusammenschau mit dem Stand der
Technik gemäß 1 deutlich,
wo deutlich erkennbar ist, dass insbesondere der obere Querlenker
ein vergleichsweise massives Bauteil darstellt. Dies hängt beim
Stand der Technik damit zusammen, dass die Anlenkung des Federelements 22 am
oberen Querlenker 3 erfolgt, womit der obere Querlenker 2 bei
dem bekannten Achssystem gemäß 1 nicht
nur Zug- und Druckkräfte,
sondern auch erhebliche Biegemomente übertragen und dementsprechend
dimensioniert werden muss.
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Die
Querlenker 2, 3 der Ausführungsformen gemäß 2 bis 8 müssen demgegenüber jedoch
keine Biegemomente übertragen.
Die Querlenker 2, 3 der Ausführungsformen gemäß 2 bis 8 sind
somit als sehr viel einfachere und kostengünstigere strebenartige Bauteile
darstellbar, wodurch ferner nicht nur der von den Querlenkern 2, 3 eingenommene
Bauraum, sondern zudem insbesondere auch die ungefederten Massen
verringert werden können.
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Um
die Erzeugung und Einleitung von Kippmomenten insbesondere durch
das Federelement 22 in den Längslenker 1 zu minimieren,
die andernfalls zu Spur- und insbesondere zu unerwünschten Sturzänderungen
des Rades führen
können,
ist bei den Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Fahrzeugachsen
gemäß 3 bis 8 der
fahrzeugseitige Anlenkpunkt 25 des Längslenkers 1 – gegenüber dem
Stand der Technik gemäß 1 – um ein
gewisses Maß von
der Radmittelebene weg in Richtung zur Fahrzeugmitte hin verschoben
angeordnet. Dies führt
dazu, dass der Angriffspunkt 26 der insbesondere durch
das Federelement 22 eingeleiteten Kräfte näher an die gedachte Verbindungslinie 27 zwischen
vorderem Anbindungspunkt 25 des Längslenkers 1 und Radmittelpunkt
gerückt
wird, wodurch die durch die Federkraft und den Abstand d des Angriffspunkts 26 der
Federkraft von dieser gedachten Linie 27 erzeugten Kippmomente
dementsprechend proportional verringert werden.
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Die 7 und 8 zeigen
nochmals die Radaufhängungen
bzw. Achssysteme gemäß 3 und 4,
bzw. gemäß 5 und 6,
in einer weiteren isometrischen Schrägansicht mit Blickwinkel von
schräg
hinten. Man erkennt insbesondere die oben beschriebene Anordnung
der Federelemente 22, 23 bzw. Dämpferelemente 24,
die unmittelbar am Radträger
bzw.
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Längslenker 1 angreifen.
Ferner sind auch wieder vordere und hintere Aufhängung des Hinterachsgetriebes 4 mittels
des Zwischenträgers 17 bzw. mittels
des Querträgers 8,
einschließlich
der jeweiligen doppelten akustischen Entkopplung durch in Reihe
geschaltete Elastomerlager 11, 12 bzw. 19, 20 erkennbar.
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Eine
Zusammenschau mit dem in 1 dargestellten Stand der Technik
macht dabei deutlich, dass mit den erfindungsgemäßen Achssystemen bzw. Radaufhängungen
gemäß 2 bis 8 ein erheblich
vereinfachter Aufbau erreicht wird, bei dem insbesondere aufgrund
des Wegfalls des aufwändigen
Achsträgers,
sowie aufgrund der Umplatzierung der Feder- bzw. Dämpferelemente 22, 23, 24 von
den Querlenkern 2, 3 zum Radträger bzw. zum Längslenker 1 ein
erhebliches Maß an
Bauraum, insbesondere in der vertikalen Richtung, freigesetzt wird.
Dieser Bauraum steht somit für
andere Baugruppen zur Verfügung,
bzw. kann zur Vergrößerung von
Fahrzeuginnenraum oder Kofferraum genutzt werden.
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Im
Ergebnis wird damit deutlich, dass mit der Erfindung eine Radaufhängung bzw.
ein Achssystem geschaffen wird, welche gegenüber dem Stand der Technik maßgebliche
Vorteile aufgrund eines verringerten Bauraumbedarfs bei paralleler
Verringerung von Gewicht und Kosten mit sich bringen. Dabei können gleichzeitig
die schwingungsmäßigen Eigenschaften
und die akustische Entkopplung zwischen Radaufhängung und Fahrzeugkarosserie
im Vergleich zum Stand der Technik beibehalten oder sogar verbessert
werden. Ferner lassen sich Achssysteme dank der Erfindung bei geringerem
konstruktivem Entwicklungsaufwand und mit höherer Modularität auslegen,
bzw. es lassen sich Änderungen
oder Varianten einfacher, schneller und kostengünstiger darstellen.
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Die
Erfindung leistet somit einen maßgeblichen Beitrag hinsichtlich
konstruktiver Vereinfachung unter gleichzeitiger Beibehaltung oder
Verbesserung der zentralen Qualitätsparameter bei anspruchsvollen
Achssystemen; speziell für
den Fall, dass bei der Konstruktion von Radaufhängungen und Achssystemen Kostensenkungen
bei gleichzeitig gesteigerten Leistungsanforderungen im Vordergrund
stehen.
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- 1
- Längslenker
- 2
- Querlenker
- 3
- Querlenker
- 4
- Hinterachsgetriebe,
Differentialgetriebe
- 5
- Achsträger
- 6
- Elastomerlager
- 7
- Vorderer
Querträger
- 8
- Hinterer
Querträger
- 9
- Elastomerlager
- 10
- Elastomerlager
- 11
- Elastomerlager
- 12
- Elastomerlager
- 13
- Elastomergelenk
- 14
- Hilfsflansch
- 15
- Ausleger
- 16
- Kardanwelle
- 17
- Zwischenträger
- 18
- Elastomerlager
- 19
- Elastomerlager
- 20
- Elastomerlager
- 21
- Karosserieanbindung
- 22
- Federelement
- 23
- Federelement
- 24
- Dämpferelement
- 25
- Längslenker-Anlenkpunkt
- 26
- Kraftangriffspunkt
- d
- Abstand
- 27
- Verbindungslinie