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Die
Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Die
Verbundlenkerachse weist Merkmale einer Längslenker- und
der konventionellen Starrachse auf. Sie ist einfach aufgebaut und
besteht im Wesentlichen aus zwei verdreh- und biegesteifen Längsträgern,
die über einen ebenfalls biegesteifen, aber torsionsweichen
Querträger mit U- beziehungsweise V-Profil miteinander
verbunden sind. Durch die torsionsweiche Gestaltung des Querträgers
wird ein Verschränken der Lenker gegeneinander ermöglicht. Gleichzeitig übernimmt
der Querträger die Aufgabe eines Stabilisators. Die Verbindung
mit dem Fahrzeugaufbau wir zum Teil durch großvolumige
Führungslager sowie größtenteils über
die Federn und/oder Zusatzfedern und Dämpfer hergestellt.
Die Karosseriestruktur muss in diesen Bereichen mit einer sehr hohen
Steifigkeit ausgelegt werden, da an ihr sämtliche Längs-,
Quer- und Hochkräfte in den Fahrzeugaufbau eingeleitet
werden.
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Die
Verbundlenkerachse ermöglicht einen guten Geradeauslauf,
der dadurch garantiert wird, dass beide Längsträger
ihr Rad in Längsrichtung sehr starr führen. Sie
schwenken bei gleichseitigem Ein- und Ausfedern mit dem Querträger
wie ein horizontales Pendel um die Anlenkpunkte am Fahrzeugboden,
ohne dass sich die Radspur ändert. Bei wechselseitigem
Einfedern verdreht sich der Querträger und gleicht Höhendifferenzen
zwischen den beiden Längsträgern aus. Beide Räder
können somit nahezu unabhängig voneinander einfedern
und behalten dabei vollständigen Bodenkontakt.
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Die
Vorteile der Verbundlenkerachse sind insbesondere ihre hohe Haftung
in Kurven, ihre guten Handlingeigenschaften und ein berechenbares Fahrverhalten
auch bei Vollladung des Kraftfahrzeuges.
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Die
bekannten Nachteile einer Verbundlenkerachse bestehen insbesondere
darin, dass sie aus Gründen der Fahrpräzision
und Fahrstabilität eine hohe Achssteife aufweist und folglich
Komforteinbußen mit sich bringt, die vor allem bei stoßartigen Fahrbahnanregungen
spürbar werden können.
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Für
die Hinterachse eines Fahrzeugs gilt die Verbundlenkerachse als
kostengünstige Lösung, da diese weitgehend nur
aus einer Schweißbaugruppe mit zwei Gummilagern besteht.
Diese Achsengattung ist ferner leicht zu montieren und platzsparend,
sodass viele Personenkraftwagen bis zur Kompaktklasse diesen Achsentyp
aufweisen. Nachteile sind jedoch bei der Fahrdynamik der Verbundlenkerachse bekannt,
insbesondere durch konzeptbedingt fehlende direkte Seitenkraftabstützung,
woraus eine Tendenz zum Seitenkraftübersteuern und eine
schwierige Entkopplung von Schwingungen resultieren.
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Eine
gattungsgemäße Verbundlenkerachse ist bereits
aus der
WO 2004/089665
A1 für ein Kraftfahrzeug bekannt. Diese Verbundlenkerachse
weist einen hohl ausgebildeten Querträger auf, der die
Hinterräder des Kraftfahrzeuges torsionsweich miteinander
koppelt. Der Querträger ist auf jeder Fahrzeugseite mit
einem Längslenker verbunden, an dem jeweils ein Fahrzeugrad
befestigt ist. Zur Aufnahme des Fahrzeugrades und zur Verbindung
zwischen Längslenker und Fahrzeugrad dient in an sich bekannter
Weise ein Radträger, durch dessen schwenkbare Anbringung
eine Lenkbewegung des Fahrzeugrades ermöglicht wird. Zur
Erzeugung der Lenkbewegung dient ein aktives Stellglied, das somit einen
Aktuator bildet. Die aus der Druckschrift bekannte Verbundlenkerachse
stellt folglich eine aktive Kinematik dar. Der Aktuator ist hierbei
separiert vom Querträger an der Verbundlenkerachse befestigt.
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Eine
Hebelmechanik stellt eine baulich aufwändige Kopplung der
Radträger dar. Die Hebelmechanik verfügt über
ein Zentralgelenk, das mittig der Verbundlenkerachse angeordnet
ist und an dem neben einem Gelenk zur Verbindung mit dem Aktuator zwei
Spurstangen über je ein weiteres Gelenk die Verbindung
zu je einem Fahrzeugrad herstellen.
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Da
die Hebelmechanik aus diversen Einzelteilen und Gelenken besteht,
nimmt die Ausfallwahrscheinlichkeit zu. Ferner ist der Montageaufwand dieser
bekannten Verbundlenkerachse erheblich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbundlenkerachse bereitzustellen,
die einfach aufgebaut und damit kostengünstig herzustellen
ist und die bei geringem Montageaufwand die Einstellung der Vorspur
der Fahrzeugräder ermöglicht.
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Diese
Aufgabenstellung wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den sich anschließenden
Unteransprüchen wiedergegeben.
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Wenn
vorstehend oder nachfolgend von einem Fahrzeug die Rede ist, so
kann damit sowohl ein mit einem Antrieb ausgestattetes Kraftfahrzeug,
als auch beispielsweise ein nicht angetriebener Anhänger
gemeint sein, an dem eine Verbundlenkerachse vorhanden ist.
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Eine
Verbundlenkerachse für ein Fahrzeug mit einem Querträger,
einem Längslenker auf jeder Fahrzeugseite und je einem
an den jeweiligen Längslenkern um eine Schwenkachse schwenkbar
befestigten Fahrzeugrad, wobei die Fahrzeugräder über eine
Hebelmechanik mit einem eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder
um ihre Schwenkachse ermöglichenden Aktuator verbunden
sind, wurde erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet,
dass die Hebelmechanik aus einer beide Fahrzeugräder koppelnden
Spurstange besteht.
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Neben
einer optimalen Wendigkeit des Kraftfahrzeuges ergeben sich aus
der erfindungsgemäßen Ausführung einer
Verbundlenkerachse weitere sehr wesentliche Vorteile. Die Anzahl
der Einzelteile konnte gegenüber den bekannten Ausführungen
reduziert werden, was insbesondere durch die Weglassung einer aufwändigen
Hebelmechanik möglich ist, die nunmehr aus einer einzigen
Spurstange besteht, welche beide Fahrzeugräder miteinander
koppelt. Zudem ist für die Verbundlenkerachse nur ein Aktuator
erforderlich. Die Ausfallwahrscheinlichkeit wird durch eine reduzierte
Bauteilanzahl erheblich verringert. Die Verbundlenkerachse nach
der Erfindung kann fertigungstechnisch einfach und folglich mit
geringeren Kosten hergestellt werden. Die bei Verbundlenkerachsen
an sich nachteilige Übersteuerungsneigung ist vermeidbar,
was einen wesentlichen Vorteil darstellt. Je nach Auslegung lässt
sich mit der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse
auch ein Mitlenken der Hinterräder erreichen. Damit kann
beispielsweise durch ein gezieltes Gegenlenken beim Einparken die Wendigkeit
gesteigert und durch ein Mitlenken der Hinterräder zum
Beispiel das Kurvenverhalten eines mit der Erfindung ausgestatteten Kraftfahrzeuges
verbessert werden.
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Eine
erste Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Verbindung
zwischen Aktuator und Spurstange aus einem in Fahrzeugquerrichtung mittig
der Spurstange angeordneten Gelenk besteht.
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Dadurch
kann eine direkte Anbindung des als Aktuator ausgeführten
Stellgliedes an der Spurstange erfolgen. Eine mittige Anordnung
bedeutet im Sinne der Erfindung, die Anbringung des Gelenkes etwa
mittig zwischen den radseitigen Anbindungspunkten der Spurstange.
Damit kann eine symmetrische, kinematisch optimale Ansteuerung der
Fahrzeugräder mittels des Aktuators erreicht werden. Nachteilige
kinematische Effekte, wie ein Spurdifferenzwinkel bei gleicher Einfederung
beider Fahrzeugräder sind damit wirksam vermeidbar. Da
erfindungsgemäß nur ein Aktuator erforderlich
ist, wirkt dieser als Zug- und Druckelement auf die Spurstange.
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Das
Gelenk zur Anbindung des Aktuators an die Spurstange sollte vorteilhafter
Weise über zwei Freiheitsgrade verfügen und kann
folglich zum Beispiel ein Kugelgelenk, ein Hülsengelenk
oder ein Elastomerlager sein, das Drehbewegungen und in begrenztem
Umfang auch kardanische Auslenkungen gestattet.
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Ein
weiterer, sehr vorteilhafter Lösungsgedanke besteht darin,
dass der Aktuator ein elektromotorisches, ein hydraulisches oder
pneumatisches Stellglied ist. Hierbei können selbstverständlich
auch andere Wirkprinzipien genutzt werden. Es ist lediglich von
Bedeutung, welche Hilfsenergie im Kraftfahrzeug vorhanden oder einfach
für die Erfindung nutzbar ist, um als Antrieb des Aktuators
dienen zu können, sodass ein zusätzlicher baulicher
oder konstruktiver Aufwand weitgehend vermeidbar ist. Der Aktuator
lässt sich unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen
optimal in das System integrieren.
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Radseitig
kann der Aktuator an einem der Längslenker befestigt sein.
Dies hat den wesentlichen Vorzug, dass hier ein Bereich hoher Stabilität
einer Verbundlenkerachse gegeben ist, sodass keine durch Verwindungen
oder Verformungen hervorgerufenen Beeinflussungen der Arbeitsweise
des Aktuators zu befürchten sind. Die Erfindung funktioniert
damit störungsfrei. Die Anbringung des Aktuators ist in Grenzen
variabel, sodass eine Anpassung an den im Fahrzeug vorhandenen Bauraum
möglich ist.
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Eine
Besonderheit der Verbundlenkerachse besteht bekanntlich darin, dass
der Querträger torsionsweich ausgeführt ist. Damit
ergeben sich durch die Bewegung der Achse Verformungen des Querträgers,
die normalerweise den An- oder Einbau zusätzlicher Bauteile
zumindest erheblich erschweren. Hier geht die Erfindung einen neuen
Weg und sieht vor, den Aktuator radseitig mit geringem Abstand zum Fahrzeugrad
an einem der Längslenker anzuordnen. In diesem Bereich
ist der Querträger steif ausgelegt, sodass hier eine nur
geringe Verformung stattfindet. Der Aktuator bleibt damit nahezu
unbeeinflusst von den Bewegungen des Querträgers.
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Zum
Ausgleich von Relativbewegungen zwischen den miteinander korrespondierenden
Bauteilen, insbesondere zur Schwingungsdämpfung der erfindungsgemäßen
Verbundlenkerachse ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn
die Verbindung zwischen Aktuator und Längslenker aus einem
Hülsengelenk oder einem Gummilager besteht. Damit erfolgt
nicht nur eine Komfortverbesserung sondern auch eine Reduzierung
der Verschleißanfälligkeit der Einzelteile, sodass
die Lebensdauer insgesamt erhöht werden kann.
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Die
im Kraftfahrzeug vorhandene Elektronik kann gemäß einem
weiterführenden Vorschlag in vorteilhafter Weise zur Verbesserung
der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. So ist es beispielsweise
möglich, dass der Aktuator mittels eines Steuergerätes
des Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit von vordefinierten
Parametern ansteuerbar ist. Die Lenkbarkeit der hinteren Fahrzeugräder
kann auf diese Weise sehr flexibel gestaltet und an sich ändernde Bedingungen
angepasst werden.
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So
sind als Parameter zum Beispiel und nicht abschließend
die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkwinkel der Vorderräder,
die Gierrate oder die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges verwendbar.
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Der
Querträger einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse
kann in an sich bekannter Weise im Querschnitt betrachtet annähernd
U- oder V-förmig ausgeführt sein. Eine derartige
Gestaltung des Querträgers verbessert seine Torsionsweichheit, gewährleistet
dennoch eine ausreichende Stabilität und stellt geringe
Bauraumanforderungen.
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Eine
besonders sinnvolle Weiterbildung kann darin gesehen werden, dass
der Aktuator unmittelbar in dem hohl ausgebildeten Profil des Querträgers
geschützt aufgenommen ist. Dies hat den Vorteil, dass der
Aktuator vor den in einem Fahrzeug auftretenden externen Einflüssen
geschützt wird. So können die Gefahren mechanischer
Beschädigungen, zum Beispiel durch Steinschlag oder des
negativen Einflusses von Spritzwasser oder Chemikalien reduziert
oder ganz vermieden werden.
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Bevorzugt
ist der Querträger ein torsionsweich ausgeführtes
Profil oder weist zumindest abschnittsweise ein derartiges Profil
auf, um die damit gegebenen Vorteile einer Verbundlenkerachse nutzen
zu können.
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Zur
Erzielung einer radseitigen hinreichenden Steifigkeit der Verbundlenkerachse
und/oder zur Einbringung des Aktuators in den Querträger
ist es vorteilhaft, im Übergangsbereich zwischen Querträger
und Längslenker ein Versteifungselement vorzusehen. Dieses
kann im einfachsten Fall ein aufgeschweißtes Blech sein.
Die Montage des Aktuators kann somit in einem durch das Versteifungselement verstärkten
Bereich erfolgen, der nicht von Torsion beeinflusst wird.
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Erfindungsgemäß ergibt
sich mit der neuartigen Verbundlenkerachse auch der Vorteil, dass
die Vorspur der Fahrzeugräder, die durch den von beiden Fahrzeugrädern
eingeschlossenen Winkel definiert ist, eingestellt werden kann,
wenn die Spurstange längenverstellbar ist, um beispielsweise
montage- und werkstattseitig Korrekturen der Radstellung vornehmen
zu können.
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Ergänzend
ist es möglich, dass zur Einstellung einer neutralen Mittellage
auch der Aktuator an einem Ende eine Möglichkeit zur Längenverstellung aufweist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele
stellen keine Einschränkung auf die dargestellten Varianten
dar, sondern dienen lediglich der Erläuterung des Prinzips
der Erfindung. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise veranschaulichen
zu können, ist in der Figur eine nur stark vereinfachte
Prinzipdarstellung gezeigt, bei der auf die für die Erfindung
nicht wesentlichen Bauteile oder Elemente verzichtet wurde.
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Dies
bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile oder Elemente bei
einer erfindungsgemäßen Lösung nicht
vorhanden sind oder sein können.
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Die
Figur zeigt schematisch stark vereinfacht eine bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse. Diese
weist zunächst einen Querträger 1 auf,
der in Querrichtung des Fahrzeuges, also quer zur Fahrtrichtung
verläuft. Der Querträger ist radseitig mit je
einem Längslenker 2, 3 verbunden und
bildet mit diesen Längslenkern 2, 3 eine
Baueinheit. Bekanntlich kann die Herstellung einer derartigen Verbundlenkerachse
einstückig oder zum Beispiel durch stoffschlüssige
Verbindung, wie Schweißen, erfolgen. Die in der Figur dargestellte Verbundlenkerachse
weist ferner auf jeder Fahrzeugseite einen Radträger 13, 14 auf,
an dem jeweils ein Fahrzeugrad 6, 7 befestigt
ist. Der Radträger 13 nimmt dabei das Fahrzeugrad 6 und
der Radträger 14 das Fahrzeugrad 7 auf.
An den Radträgern 13, 14 ist jeweils
eine Schwenkachse 4, 5 vorhanden, um die die Fahrzeugräder 6, 7 schwenkbar
am Radträger 13, 14 befestigt sind. Eine
insgesamt mit 8 bezeichnete Hebelmechanik besteht erfindungsgemäß aus einer
Spurstange 10, die die Fahrzeugräder 6 und 7 miteinander
koppelt. Mittels eines aktiven Stellgliedes, das somit einen Aktuator 9 bildet,
kann die Spurstange hin und herbewegt werden, sodass dadurch eine
Verstellung der Radstellung ermöglicht ist. Die erfindungsgemäße
Verbundlenkerachse weist folglich in begrenztem Umfang lenkbare
Fahrzeugräder 6, 7 auf. Der Aktuator 9 ist über
ein Gelenk 11 mittig an der Spurstange 10 befestigt.
Bei dem Gelenk 11 handelt es sich um ein Gelenk mit zwei
Freiheitsgraden. Vorliegend kommt ein Kugelgelenk zum Einsatz. Auf
der dem Gelenk 11 gegenüber liegenden Seite ist der
Aktuator 9 mittels eines Elastomerlagers 12 in Form
eines Hülsengelenkes an dem Längslenker 3 befestigt.
Die Ansteuerung des als Stellmotor ausgeführten Aktuators 9 erfolgt
aufgrund vordefinierter Parameter und unter Steuerung durch ein
Steuergerät der Bordelektronik des Fahrzeuges.
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- 1
- Querträger
- 2
- Längslenker
- 3
- Längslenker
- 4
- Schwenkachse
- 5
- Schwenkachse
- 6
- Fahrzeugrad
- 7
- Fahrzeugrad
- 8
- Hebelmechanik
- 9
- Stellglied
(Aktuator)
- 10
- Spurstange
- 11
- Gelenk
- 12
- Lager
- 13
- Radträger
- 14
- Radträger
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2004/089665
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