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Die
Erfindung betrifft einen Lenker einer Radaufhängung eines Fahrzeugs, insbesondere
aus faserverstärktem
Kunststoffmaterial bestehend, der mit einem Endabschnitt letztlich
an einem Radträger oder
dgl. angelenkt ist, während
der andere Endabschnitt des Lenkers letztlich am Fahrzeug-Aufbau abgestützt ist,
wobei der Lenker bezüglich
des Radträgers,
genauer bezüglich
des an diesem angebrachten Rades, sowohl eine Führungsfunktion wahrnimmt als
auch eine Federungsfunktion und für letzteres nach Art eines
Biegebalkens ausgebildet ist. Zum technischen Umfeld wird lediglich
beispielshalber auf die FR-A-2 543 073 verwiesen.
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Lenker
der genannten Art sind im druckschriftlichen Stand der Technik in
mannigfachen Ausführungsformen
bekannt. Jedenfalls theoretisch gelten derartige Radführungs-Lenker
im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs als attraktiv, da hiermit Nachteile
derzeit üblicher
Fahrwerks-Bauarten vermieden werden können. Letztere weisen nämlich metallische
und daher schwere Radführungs-Lenker
auf und weiterhin eigenständige
Tragfedern, auf denen der Fahrzeug-Aufbau gegenüber den einzelnen Rädern federnd
abgestützt
ist. Diese Bauteilvielfalt erfordert relativ viel Bauraum; ferner
resultiert hieraus ein hoher Montageaufwand. Mit einem Lenker nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 könnten diese Nachteile zwar
vermieden werden, jedoch sind die bislang vorgeschlagenen Lenker-Ausführungsformen
hinsichtlich der Exaktheit der Radführung ungenügend, d.h. sie können den
an sie gerichteten fahrdynamischen Anforderungen nicht genügen.
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Diesbezüglich eine
Verbesserung aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung
dieser Aufgabe ist für
einen Lenker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet,
dass der Lenker einen relativ biegesteifen Abschnitt aufweist, der
sich vom Radträger
oder dgl. zu einer geeigneten, eine gewünschte Radträger-Bewegung
ermögli chenden
gelenkigen Abstützung
am Fahrzeug-Aufbau erstreckt, und dass sich hieran ein demgegenüber biegeweicher
Abschnitt anschließt, der
mit seinem freien Ende ebenfalls letztlich am Fahrzeug-Aufbau abgestützt ist.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Hier
wird nun eine quasi zweigeteilte Lenkerausführung vorgeschlagen. Weiterhin
sind zwar sowohl die Führungsfunktion
als auch die Federungsfunktion in einem einzigen Lenker bzw. einem
einzigen bzw. zusammenhängenden
Bauteil integriert, jedoch weist dieses eine Bauteil quasi „spezialisierte" Abschnitte auf.
Ein biegeweicher Abschnitt des Lenkers übernimmt dabei lediglich die
Federungs-Funktion und ist von der Radführungs-Funktion entlastet, da
letztere von einem demgegenüber
biegesteiferen Abschnitt übernommen
wird, der sich von einem Radträger
zu einem geeigneten gelenkigen Anlenkpunkt am Fahrzeug-Aufbau erstreckt.
Jenseits dieses gelenkigen Anlenkpunktes, d.h. an die dem Radträger abgewandte
Seite des Anlenkpunktes schließt sich
dann der zweite, die Federungs-Funktion übernehmende Abschnitt des Lenkers
an. Das unterschiedliche Verhalten der einzelnen Abschnitte, d.h. insbesondere
deren unterschiedliche Steifigkeit kann dabei insbesondere durch
unterschiedliche Formgebung, insbesondere unterschiedliche Querschnitte, bedingt
sein. Alternativ oder daneben können
jedoch auch unterschiedliche, den jeweiligen Anforderungen angepasste
Materialien für
die einzelnen Abschnitte des Lenkers vorgesehen sein. Vorzugsweise
ist ein derartiger Lenker in faserverstärktem Kunststoffmaterial ausgeführt, was
eine deutlich gewichtsreduzierte Bauweise gegenüber der heute üblichen
Bauart ermöglicht;
es kann jedoch ein entsprechender Lenker auch in metallischen Werkstoffen
ausgeführt
sein. Eine erhebliche Bauraum-Reduzierung ist auch damit erzielbar.
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Näher erläutert werden
kann dies sowie die Unteransprüche
anhand der beigefügten
Prinzipskizze eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, von dem in 1 stark
vereinfacht ein erfindungsgemäßer Lenker
in räumlicher Darstellung
gezeigt ist, wobei die Verbindung zum Radträger ebenso auf das wesentliche
abstrahiert dargestellt ist wie die gelenkige Anbindung an den im
wesentlichen nicht dargestellten Fahrzeug-Aufbau sowie die Abstützung des federnden
Lenker-Abschnittes hieran. 2 zeigt ähnlich einen
abgewandelten Lenker alleine, während
in 3 ein solcher Lenker im Fahrzeug verbaut in räumlicher
Darstellung und in 4 in Seitenansicht in unterschiedlichen
Positionen dargestellt ist.
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Mit
der Bezugsziffer 1 ist ein in faserverstärktem Kunststoff
ausgeführter
radführender
Lenker in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs gekennzeichnet. Dieser
Lenker 1 fungiert hier als Längslenker (wie insbesondere
aus 3 hervorgeht) und übernimmt zugleich die Federungsfunktion
bezüglich
des in 1 nur schematisch dargestellten Fahrzeug-Rads 2.
Alternativ kann jedoch auch ein Querlenker in der vorgeschlagenen
Weise gestaltet sein. In 1 gezeigt ist ein Koordinatensystem
in für Fahrzeuge üblicher
Art, d.h. die Fahrzeug-Längsachse
erstreckt sich horizontal in Richtung der x-Achse, die y-Achse stellt
die horizontale Fzg.-Querachse dar und die vertikale z-Achse entspricht
der Fzg.-Hochachse. Der hier gezeigte Längs-Lenker 1 erstreckt sich
somit im wesentlichen in Richtung der x-Achse.
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Der
Lenker 1 weist einen ersten, relativ biegesteifen Abschnitt 1a sowie
einen zweiten, sich in Längsrichtung
(x-Richtung) hieran anschließenden und
gegenüber
dem ersten Abschnitt 1a biegeweicheren Abschnitt 1b auf.
Dieser zweite Abschnitt 1b ist nach Art eines Biegebalkens
gestaltet und in der hier gezeigten Ausführungsform direkt geradlinig
balkenförmig.
Hingegen ist der erste Abschnitt 1a als Hohlkörper mit
geschlossenem Querschnitt ausgebildet, hier in Form eines (ebenfalls
geradlinigen) Rohres. Im Übergangsbereich
vom ersten Abschnitt 1a zum zweiten Abschnitt 1b ist
dieses Rohr bzw. dieser hohlkörperförmige erste
Abschnitt 1a jedoch umgeformt, worauf später noch
eingegangen wird.
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Mit
seinem freien, in den 1, 2, und 4 Figur
rechtsseitigen Ende ist der erste relativ biegesteife Abschnitt 1a des
Lenkers 1 geeignet an einem nur in 3 dargestellten
Radträger 5 (indirekt
oder direkt, d.h. ohne oder wie in 4 gezeigt mit
einem Zwischenelement 6) angelenkt, an dem das Rad 2 drehbar
geeignet angebracht ist. Mit seinem anderen Endabschnitt, der mit
dem zweiten Abschnitt 1b des Lenkers 1 verbunden
ist bzw. in diesen übergeht,
ist der erste Abschnitt 1a gelenkig am Fahrzeug-Aufbau 3 abgestützt, wobei
diese gelenkige Abstützung
derart ausgebildet bzw. gestaltet ist, dass das Rad 2 die
gewünschte
Relativbewegung gegenüber
dem Fahrzeug-Aufbau ausführen
kann, nämlich
eine Bewegung in Richtung der (vertikalen) z-Achse des dargestellten
Koordinatensystems. In einfachster Ausführung kann diese gelenkige
Abstützung
somit durch eine in y-Richtung
des Koordinatensystems verlaufende Schwenkachse 4 gebildet sein,
die quasi durch den ersten Abschnitt 1a hindurchgeführt ist
bzw. an der der erste Abschnitt 1a um die Fzg-Querachse
verschwenkbar aufgehängt ist.
Alternativ kann ein den ersten Anschnitt 1a umgreifendes
Element vorgesehen sein, das geeignet bezüglich der genannten Schwenkachse 4 aufgehängt ist.
In den 3, 4 ist der Fahrzeug-Aufbau 3 durch
einen sog. Lagerbock 3' repräsentiert, der
seinerseits am nicht dargestellten Fahrzeug-Aufbau befestigt ist.
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Die
genannte mögliche
Verschwenkbewegung wird wie üblich
durch eine Federkraft beeinflusst, und zwar wie üblich durch die dem Rad 2 zugeordnete
Aufbau-Tragfeder, die hier zumindest anteilig in den Lenker 1 integriert
ist, und zwar in den zweiten Abschnitt 1b desselben. Dieser
sich an den ersten Abschnitt 1a anschließende und
mit diesem starr verbundene zweite Abschnitt 1b ist hierfür nach Art
eines Biegebalkens ausgebildet und mit seinem in den 1, 2, 4 linksseitigen
freien Ende geeignet am Fzg.-Aufbau 3 abgestützt bzw.
dort derart eingespannt, dass dieser zweite, balkenförmig gestaltete
Abschnitt 1b seine genannte gewünschte Funktion als Aufbau-Tragfeder
wahrnehmen kann. Nur des besseren Verständnisses wegen ist in den 1, 2 das
im Fzg.-Aufbau 3 eingespannte freie Ende des zweiten Abschnitts 1b zusätzlich strichliert
und gemäß Doppelpfeil
federnd verformt dargestellt; tatsächlich jedoch findet diese
Verformung im sich zum ersten Abschnitt 1a hin erstreckenden
Bereich statt, wenn das Rad 2 in Richtung der z-Achse einfedert
bzw. ausfedert, so wie dies in 4 dargestellt
ist. In dieser 4 ist nämlich der Lenker 1 mit
seinen beiden Abschnitten 1a, 1b sowie ein am
freien Ende des Abschnitts 1a vorgesehenes Zwischenelement 6 zur
Befestigung am hier nicht dargestellten Radträger in unterschiedlichen Positionen
dieses Radträgers
gezeigt, nämlich
in Neutralposition (mit dem Buchstaben „N" gekennzeichnet), beim Einfedern (mit
dem Buchstaben „E" gekennzeichnet),
und beim Ausfedern (mit dem Buchstaben „A" gekennzeichnet). Dabei ist in dieser 4 zusätzlich ein
einerseits am Zwischenelement 6 und andererseits am Fzg.-Aufbau 3 befestigter
Querlenker 7 abstrahiert (ebenfalls in den verschiedenen
Positionen) dargestellt.
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Der
genannten und in 4 dargestellten Einfederbewegung
und Ausfederbewegung des Rades 2 (bzw. des am Radträger befestigten
Zwischenelements 6) ist wie üblich eine Dämpferkraft
entgegengerichtet, die von einem geeignet angebrachten Schwingungsdämpfer 8 (vgl.
Darstellung in 3), der zwischen dem Zwischenelement 6 und
dem Fzg.-Aufbau 3 abgestützt ist, aufgebracht wird.
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Beim
Einfedern und Ausfedern wirkt sich die Biegeweichheit des zweiten
Abschnitts 1b um die y-Achse aus. Im übrigen ist dieser zweite Abschnitt 1b bezüglich der
z-Achse sowie der x-Achse ebenso wie der erste Abschnitt 1a relativ
biegesteif. Im übrigen
kann auch der erste Abschnitt 1a um die y-Achse geringfügig biegbar
sein, jedoch sollte diese Biegbarkeit nennenswert geringer als diejenige
des zweiten Abschnitts 1b sein. Wesentlich für den ersten
Abschnitt 1a ist jedoch dessen Biegesteifigkeit um die z-Achse
sowie dessen Torsionssteifigkeit (und Biegesteifigkeit) um die x-Achse
des dargestellten Koordinatensystems.
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Wenn
der Lenker 1 wie weiter oben erwähnt vorzugsweise in faserverstärktem Kunststoffmaterial ausgeführt ist,
so empfiehlt es sich, für
den relativ biegesteifen ersten Abschnitt 1a kohlefaserverstärktes Material
(CFK) und für
den biegeweichen bzw. biegeweicheren zweiten Abschnitt 1b glasfaserverstärktes Material
(GFK) zu verwenden. Grundsätzlich erscheinen
Faserverbundwerkstoffe zur Erfüllung
der an einen erfindungsgemäßen Lenker
gestellten Anforderungen aufgrund ihrer anisotropen Eigenschaften
gut geeignet, denn es sind Materialien gefordert, die einerseits
hohe Festigkeiten aufweisen und andererseits sehr elastisch ausgelegt
werden können. Ferner
sollte auch eine wirtschaftliche Fertigung bei hohen Taktraten möglich sein.
Im Hinblick hierauf kann ein erfindungsgemäßer Lenker 1 als Bauteil
mit einfacher Profilgeometrie gestaltet sein. Vorzugsweise ist er
hierzu aus zwei separat herstellbaren, jeweils einen der beiden
genannten Abschnitte 1a, 1b bildenden und danach
geeignet einfach miteinander zu verbindenden Profilteilen zusammengesetzt.
Sowohl das Profilteil für
den biegesteifen ersten Abschnitt 1a, nämlich ein Rohr, als auch das
Profilteil für den
zweiten, biegeweichen Abschnitt 1b, nämlich ein Blatt bzw. Balkenstück, können jeweils
endlos produziert und nach individuellem Zuschnitt zum erfindungsgemäßen Lenker 1 zusammengefügt werden. Dieses
Zusammenfügen
erfolgt dabei vorzugsweise zusammen mit dem Aushärtungsprozess der beiden genannten
Profiteile.
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Im
Herstellungsprozess des Zusammenfügens können die beiden genannten Profilteile
bzw. Abschnitte 1a, 1b in einander überlappender
Weise miteinander verbunden werden, wobei der relativ biegesteife
erste Abschnitt 1a im Verbindungsbereich in eine flache
Struktur auslaufend umgeformt wird. Dazu kann das dem zweiten Abschnitt 1b zugewandte
Ende des rohrförmigen
ersten Abschnitts 1a zunächst seitlich geschlitzt werden,
wonach im Harzprozess der in der Figur obere Rohrbereich auf das Endstück des zweiten
Abschnitts 1b niedergedrückt wird. Auf diese Weise entsteht – wie 1 zeigt – quasi
ein schräg
angeordneter „Deckel" am Rohrende und
die überlappende
Anlagefläche
zwischen den beiden Abschnitten 1a, 1b ist eben
ausgeführt.
Dies ist für
einen günstigen
Kraftfluss zwischen den beiden Abschnitten 1a, 1b förderlich.
Alternativ können die
beiden Abschnitte 1a, 1b als eigenständige Bauteile
hergestellt und durch gängige
Verbindungstechniken, bspw. durch Verschraubung, miteinander verbunden
sein. Beispielsweise zeigt 2 keinen genannten „Deckel".
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Vorteilhafterweise
kann ein Lenker 1 gemäß der der
hier vorgeschlagenen bevorzugten Ausführungsform aufgrund der Geradlinigkeit
der beiden Abschnitte 1a, 1b für die linke und für die rechte
Seite des Fahrzeugs als Gleichteil verwendet werden. Dies reduziert
abermals die Teilevielfalt und somit insbesondere den Herstellungsaufwand.
Die individuellen Lenker-Anbindungen
sind dann entsprechend spiegelbildlich auszuführen. Im übrigen empfiehlt es sich, die
Anbindungselemente zwischen dem Lenker 1 einerseits und
dem Radträger
oder dgl. bzw. dem Aufbau 3 andererseits derart zu gestalten,
dass sich diese im Überlastfall
plastisch verformen, ehe es zu einem spröden Materialbruch im in Faserverbundwerkstoff
ausgeführtem
Lenker 1 kommt. Dies ist durch entsprechende Materialauswahl
und Konstruktion möglich.
Im übrigen
bietet die hier als bevorzugtes Ausführungsbeispiel vorgeschlagene
Ausführung
eines erfindungsgemäßen Lenkers 1 als
Längslenker den
Vorteil geringer Einflüsse
auf die Radwinkel Sturz und Spur beim Einfedern und benötigt gleichzeitig
wenig Bauraum. Grundsätzlich
zeichnet sich eine erfindungsgemäße Lenkergestaltung
durch geringes Gewicht, geringen Bauraumbedarf und optimierbare
Montageschritte von geringer Zahl aus, wobei noch darauf hingewiesen
sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen
Erläuterungen
gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.