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Die
Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein
Kraftfahrzeug, mit einer Geradführungseinrichtung zur Aufnahme
der vertikalen Einfederungsbewegungen des Rades gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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An
einem Kraftfahrzeug ist die Radaufhängung eine zur Erfüllung
der Sicherheits- und Komfortanforderungen maßgebliche Baueinheit.
Es ist daher erforderlich, auf die Radaufhängung während der
Fahrt einwirkende Störeinflüsse möglichst
optimal auszugleichen. Beispielsweise verändert sich durch
Seitenkrafteinflüsse auf die Fahrzeugräder – z. B.
beim Durchfahren einer Kurve und/oder infolge Wankens des Fahrzeugaufbaus – die
Neigung eines Fahrzeugrades relativ zur Straßenoberfläche.
Der sich damit am Fahrzeugrad einstellende Sturz führt zu
einer Veränderung der Form bzw. Größe
der Reifenaufstandsfläche. Infolgedessen ist es möglich, dass
das Fahrzeugrad einen Teil der wertvollen Haftung auf dem Untergrund
verliert.
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Bisher
bekannte Radaufhängungen, beispielsweise Doppelquerlenkerachsen,
gleichen diese Veränderung des Radsturzes durch Seitenkräfte durch
eine gezielte Beeinflussung der Radstellung wieder aus, indem durch
das Wanken des Fahrzeugaufbaus ein den Seitenkräften entgegengerichteter, negativer
Sturz erzeugt wird, der durch unterschiedliche Längen und/oder
Ausrichtungen der Querlenker erreicht werden kann. Dies führt
aber zu Nachteilen bzw. unerwünschten Sturzveränderungen
auch während der Geradeausfahrt des Kraftfahrzeuges, beispielsweise
dann, wenn einzelne Fahrzeugräder einfedern, wie es zum
Beispiel beim Überfahren von Bodenunebenheiten vorkommt.
Ferner kann sich bei derartigen Doppelquerlenkerradaufhängungen
ein unerwünschter zusätzlicher Reifenverschleiß ergeben,
und es kann Seitenkraftpotential des Reifens verloren gehen.
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Generell
umfassen bekannte Radaufhängungen üblicherweise
eine Anzahl von Lenkern, beispielsweise Längslenker, Schräglenker,
Querlenker oder Verbundlenker. Bei angetriebenen Rädern kommt
der Antriebsstrang hinzu, der am Kraftfahrzeug üblicherweise
das an den Verbrennungsmotor angeflanschte Getriebe, die Antriebswellen
und eines oder mehrere Differentiale mit den zugehörigen, zu
den Rädern führenden Seitenwellen umfasst. Alle diese
Baugruppen, insbesondere soweit sie die Radführungslenker
und – bei angetriebenen Rädern – die Seitenwellen
umfassen (und somit der Radaufhängung zuzuordnen sind),
nehmen einen erheblichen Bauraumumfang im Umfeld der Räder
des Kraftfahrzeugs ein. Dieser Bauraum steht für andere
Zwecke nicht mehr zur Verfügung, und reduziert damit den
für Fahrgäste, Gepäck oder auch technische
Baugruppen zur Verfügung stehenden Platz.
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Die
in einem konventionellen Antriebsstrang enthaltenen Baugruppen,
insbesondere die Radführungslenker und ggf. die Antriebswellen,
können jedoch nicht beliebig verkleinert bzw. verkürzt
werden, da sich hierdurch ungünstige kinematische Verhältnisse
bei der Einfederungsbewegung des Rades ergeben würden.
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Zudem
geht die Entwicklung bei den Antriebssträngen bzw. Kraftfahrzeugantrieben
teilweise zunehmend in Richtung der Hybridkonzepte. Hierunter fallen
insbesondere auch die seriellen Hybride, bei denen keine mechanische
Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und den Antriebsrädern mehr
besteht. Stattdessen kann bei einem seriellen Hybrid der Verbrennungsmotor
beispielsweise einen Generator antreiben, welcher wiederum mit den
Antriebsrädern verbundene Elektromotoren speist. Eine ähnliche
Konfiguration kann auch bei einem reinen Elektrofahrzeug vorliegen,
wobei die Energie hier nicht vom Verbrennungsmotor, sondern von
einem elektrischen Energiespeicher geliefert wird; ebenso wie diverse
Mischvarianten zwischen dem seriellen Hybrid und dem Elektrofahrzeug
angedacht sind und bereits existieren.
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Um
die Anzahl der für Radaufhängung und Antriebsstrang
benötigten Komponenten sowie deren Bauraumbedarf und Masse
möglichst gering zu halten, wird bei solchen Fahrzeugkonzepten
teilweise versucht, die elektrischen Fahrmotoren direkt den Rädern
zuzuordnen und möglichst nahe an den Rädern, bzw.
als Radnabenmotoren in den Rädern selbst unterzubringen.
Auf diese Weise können große Teile des konventionellen
Antriebsstrangs entfallen, bzw. durch leicht und flexibel zu verlegende
elektrische Leitungen zwischen dem Energieerzeuger und den Radnabenmotoren
des Kraftfahrzeugs ersetzt werden.
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Zusätzlich
werden Anstrengungen unternommen, auch die Radaufhängung
selbst mit den zugeordneten Feder/Dämpfereinheiten im Innenraum der
Radfelgen bzw. in unmittelbarer Nachbarschaft der Räder
unterzubringen, um auf diese Weise noch mehr Bauraum zu gewinnen,
der ansonsten bei konventionellen Radaufhängungen für
die bekannten Lenkerkonstruktionen erforderlich ist.
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Aus
der
DE 698 06 444
T2 ist eine in die Felge eines Rades integrierbare Radaufhängung
bekannt, bei welcher zusätzlich auch beispielsweise elektrische
oder hydraulische Antriebsmotoren zumindest teilweise im Innenraum
der Radfelge untergebracht werden können. Diese bekannte
Radaufhängung umfasst eine Geradführungseinrichtung
zur Aufnahme der vertikalen Einfederungsbewegungen des Rades.
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Durch
die Geradführungseinrichtung und die ebenfalls unmittelbar
am Rad bzw. innerhalb der Radfelgen angeordneten Feder/Dämpfereinheiten können
bei dieser bekannten Radaufhängung zwar die üblichen
Radführungslenker entfallen, wodurch bei einer Radaufhängung
Bauraum in erheblichem Maße eingespart werden könnte.
Jedoch kann bei dieser bekannten Radaufhängung keine dynamische Veränderung
des Radsturzes erfolgen, um auf diese Weise eine bessere Seitenführung
des Kraftfahrzeugs bei Kurvenfahrt zu ermöglichen.
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Mit
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Radaufhängung mit einer Geradführungseinrichtung
zu schaffen, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Insbesondere soll die Radaufhängung es ermöglichen,
dass der Radsturz – trotz der aufgrund der Geradführungseinrichtung
rein translatorischen Einfederungsbewegung – beim Auftreten
von Seitenkräften dynamisch so verändert werden
kann, dass insbesondere auch bei Kurvenfahrt die optimale Form und
Größe der Radaufstandsfläche beibehalten
wird, und somit gute Seitenführungskräfte erreichbar
sind. Auf diese Weise soll es insbesondere möglich werden,
platzsparende Radaufhängungen mit Geradführungseinrichtung
und ggf. mit Radnabenantrieb auch bei Fahrzeugen einzusetzen, bei
denen hohe Ansprüche an die Fahrdynamik gestellt werden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Radaufhängung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In
für sich genommen zunächst bekannter Weise umfasst
die Radaufhängung gemäß der vorliegenden
Erfindung eine am Radträger angeordnete Geradführungseinrichtung
zur Aufnahme der vertikalen Einfederungsbewegungen des Rades.
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Erfindungsgemäß jedoch
zeichnet sich die Radaufhängung durch eine Lenkeranordnung
zur Veränderung des Radsturzes und/oder der Radspur insbesondere
bei Kurvenfahrt aus. Dabei umfasst die Lenkeranordnung zwei im Wesentlichen
vertikal übereinander angeordnete Lenkereinrichtungen.
Die Lenkereinrichtungen sind jeweils schwenkbeweglich mittels einer
ersten Lagerung mit dem Fahrzeugchassis und mittels einer zweiten,
vertikal im Wesentlichen unter oder über der ersten Lagerung
angeordneten Lagerung mit der Geradführungseinrichtung verbunden.
Ferner sind die beiden Lenkereinrichtungen mittels einer Koppelübersetzung
kinematisch so verbunden, dass auf die Geradführungseinrichtung wirkende
Schwenkbewegungen der unteren Lenkereinrichtung mittels der Koppelübersetzung
verstärkt auf die obere Lenkereinrichtung übertragen
werden.
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Dies
bedeutet, dass seitlich auf das Rad wirkenden Kräfte, beispielsweise
Seitenkräfte bei Kurvenfahrt, über den Radträger
und die Geradführungseinrichtung momentenerzeugend auf
die beiden Lenkereinrichtungen treffen. Aufgrund der jeweils vertikal übereinander
angeordneten Lagerungen der beiden Lenkereinrichtungen führen
die Seitenkräfte somit zur Verschwenkung der Lenkereinrichtungen
und zu dementsprechenden Seitwärtsbewegungen der jeweils
zweiten – mit der Geradführung verbundenen – Lagerung
der Lenkereinrichtungen. Aufgrund der Koppelübersetzung
zwischen den beiden Lenkereinrichtungen fällt dabei die
Schwenkbewegung bzw. die Seitwärtsbewegung der oberen Lenkereinrichtung
größer aus als die Schwenkbewegung bzw. Seitwärtsbewegung
der unteren Lenkereinrichtung.
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Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass die obere Anbindung zwischen Geradführung
und Lenkeranordnung bei Seitenkräften eine stärkere
seitliche Auslenkung erfährt als die untere Anbindung. Hierdurch
erfährt die Geradführung und damit auch das Rad
jeweils eine Sturzveränderung, die der Wirkrichtung der
Seitenkraft entgegengesetzt ist, wodurch sich das Rad sozusagen
der Seitenkraft jeweils entgegenstemmt.
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Die
Erfindung lässt sich dabei unabhängig von Art
und konstruktiver Ausführung der Koppelübersetzung
verwirklichen, solange die vorgesehene Kraft- und Bewegungsübertragung
zwischen den beiden Lenkereinrichtungen gewährleistet ist.
So ist es beispielsweise vorstellbar, die beiden Lenkereinrichtungen
mittels einer Zahnradübersetzung, mittels eines Kettentriebs
oder dergleichen miteinander so zu koppeln, dass die Wirkbewegung
der oberen Lenkereinrichtung entsprechend größer
als diejenige der unteren Lenkereinrichtung ausfällt.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst
die Koppeleinrichtung jedoch zumindest eine Pendelstützenanordnung.
Die Pendelstützenanordnung ist dabei jeweils mit einer
dritten Lagerung der beiden Lenkereinrichtungen verbunden, und führt
somit zu der gewünschten kinematischen Kopplung der beiden
Lenkereinrichtungen.
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Bevorzugt
weisen dabei die Lenkereinrichtungen unterschiedliche Wirklängen
auf. Dies bedeutet, dass auch bei einer schwenkwinkelbezogen gleichgroßen
Auslenkung der beiden Lenkereinrichtungen die (seitliche) Wirkbewegung
der oberen Lenkereinrichtung größer als diejenige
der unteren Lenkereinrichtung ausfällt, wodurch die erwünschte Sturzveränderung
entsteht.
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Vorzugsweise
sind dabei die Lenkereinrichtungen als Dreieckslenkereinrichtungen
ausgebildet und umfassen jeweils eine erste Lagerung zur schwenkbeweglichen
Ankopplung an das Fahrzeugchassis, eine zweite Lagerung zur schwenkbeweglichen
Ankopplung an die Geradführungseinrichtung und eine dritte
Lagerung zur Aufnahme der Pendelstützenanordnung.
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Dergestalt
trägt die kinematische Kopplung der Dreieckslenkereinrichtungen über
eine Pendelstützenanordnung zu einer konstruktiv einfachen
und robusten sowie platzsparenden Ausführung der Radaufhängung
bei.
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Besonders
bevorzugt sind die Dreieckslenkereinrichtungen dabei als im Wesentlichen
prismatische, drei Lagerachsen aufweisende Schwenkkörper ausgebildet.
Eine derartige dreidimensionale Ausbildung der Dreieckslenkereinrichtungen
führt insgesamt zu einer stabileren und steiferen Radaufhängung,
zu einer besseren Übertragbarkeit von Antriebs, und Bremsmomenten
sowie zu einer direkteren Reaktion auf Fahrbahneinflüsse.
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Mit
diesem Hintergrund umfasst die Pendelstützenanordnung vorzugsweise
zwei parallel angeordnete Pendelstützen. Auch durch diese
Maßnahme wird die Torsionssteifigkeit und direkte Reaktion der
Radaufhängung verbessert. Die beiden Pendelstützen
können dabei insbesondere an den beiden Enden der in diesem
Fall im Wesentlichen prismatisch ausgebildeten Lenkereinrichtungen
bzw. Schwenkkörper angelenkt sein.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
zumindest eine der Lagerungen der Lenkeranordnung, vorzugsweise
jedoch mehrere oder alle Lagerungen, als Elastomerlager bzw. Elastomergelenk
ausgebildet. Auf diese Weise wird vermieden, dass sich bei der Auslenkung der
Lenkereinrichtungen kinematische Verspannungen oder Versperrungen
dadurch ergeben, dass die beiden Lenkereinrichtungen unterschiedlich
dimensioniert sind bzw. aufgrund der Koppelübersetzung
unterschiedlich stark ausgelenkt werden. Ein weiterer Vorteil des
Einsatzes von Elastomergelenken liegt darin, dass sich auf diese
Weise Rückstellkräfte erzeugen lassen, die das
Rad bei seitlicher Kräftefreiheit zurück in die
vertikale Grundposition ohne zusätzlichen Sturz verbringen
können.
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Insbesondere
mit dem Hintergrunddes Einsatzes der erfindungsgemäßen
Radaufhängung im Bereich der nichtmechanischen Antriebsstränge
oder Hybridkonzepte ist ferner vorgesehen, dass die Radaufhängung
einen Radnabenmotor umfasst. Vorzugsweise ist dabei zwischen dem
Radnabenmotor und der Radnabe eine Getriebeeinheit mit translatorischem
Freiheitsgrad angeordnet, wobei der translatorische Freiheitsgrad
der Getriebeeinheit dem Freiheitsgrad der Geradführungseinrichtung
der Radaufhängung entspricht.
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Der
Einsatz eines Radnabenmotors ist vorliegend besonders vorteilhaft
insofern, als auf diese Weise weiterer wertvoller Bauraum eingespart
werden kann und zudem aufwändige und gewichtserhöhende
Antriebswelleneinrichtungen vom Motor bzw. Getriebe zu den Rädern
entfallen können. Die optional einzusetzende Getriebeeinheit
mit translatorischem Freiheitsgrad führt vorteilhafterweise
dazu, dass die Einfederungsbewegung des Rades vom Radnabenmotor
entkoppelt werden kann, wodurch der Radnabenmotor nicht mehr den
ungefederten Massen der Achse zugeschlagen werden muss, sondern
im Wesentlichen chassisfest angeordnet werden kann. Durch diese
Verringerung der ungefederten Massen werden Fahrkomfort und Fahrsicherheit verbessert.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
der Radnabenmotor dabei mit einem fahrzeugseitigen Teil der Geradführungseinrichtung
verbunden. Dies führt dazu, dass die sich bei Seitenkraft
einstellenden Sturzveränderungen des Rades – über
die Geradführungseinrichtung – auch auf die Stellung
des Radnabenmotors übertragen werden. Dies ist vorteilhaft
insofern, als damit keine Längen- und Winkelveränderungen
der Antriebswelle zwischen dem Radnabenmotor und der Radnabe, bzw.
der mit der Radnabe verbundenen Getriebeeinheit mehr auftreten.
Daher kann die Motorwelle bei dieser Ausführungsform der
Erfindung insbesondere unmittelbar in die Getriebeeinheit geführt
werden und gleichzeitig die Antriebswelle der Getriebeeinheit bilden.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Radnabenmotor
chassisfest angeordnet. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft
bezüglich der einfacheren Anordnung und Befestigung des
Radnabenmotors am Chassis. Die bei dieser Ausführungsform
auftretenden Längen- und Winkelveränderungen zwischen
der – den Sturzveränderungen des Rades folgenden – Getriebeeinheit
und dem chassisfesten Radnabenmotor müssen dabei jedoch durch
ein geeignetes Ausgleichselement zwischen der Motorwelle und der
Antriebswelle der Getriebeeinheit ausgeglichen werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Lagerachsen der Lenkeranordnung gegenüber der
Horizontalen um einen spitzen Winkel verschwenkt sind. Die Verschwenkung
der Lagerachsen der Lenkeranordnung um einen spitzen Winkel gegenüber
der Horizontalen führt dazu, dass sich bei Seitenkräften,
insbesondere also bei Kurvenfahrt, nicht nur eine Sturzänderung des
Rades ergibt, sondern dass das Rad zudem auch eine geringfügige
Spuränderung erfährt. Durch geeignete Wahl der
Größe des spitzen Winkels kann die Radaufhängung
somit ein Eigenlenkverhalten auch bezüglich der Spur erhalten.
Auf diese Weise kann das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs gezielt beeinflusst
werden, beispielsweise dadurch, dass dem Kraftfahrzeug mittels geeigneter
Dimensionierung des spitzen Winkels ein Übersteuerungs-
bzw. Untersteuerungsverhalten bei Kurvenfahrt verliehen wird.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, dass die Geradführungseinrichtung Feder- und/oder
Dämpfereinheiten umfasst, bzw. dass in unmittelbarer Nachbarschaft
der Geradführungseinrichtung Feder- und/oder Dämpfereinheiten
angeordnet sind. Auch diese Ausführungsform steht im Dienst
der Minimierung des für die Radaufhängung erforderlichen
Bauraums. Dank dieser Ausführungsform können sämtliche
für die Radführung erforderlichen Elemente unmittelbar
neben dem Fahrzeugrad, oder sogar innerhalb der Fahrzeugfelge angeordnet
werden.
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Die
Erfindung lässt sich ferner unabhängig davon verwirklichen,
wie die Geradführungseinrichtung konstruktiv ausgebildet
ist, solange die Einfederungsbewegungen des Rades aufgenommen und
die erforderlichen Radführungskräfte übertragen
werden können.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst
die Geradführungseinrichtung jedoch zumindest zwei parallele Führungsstangen
sowie zumindest zwei den Führungsstangen zugeordnete Lagerbuchsen.
Dabei sind die Führungsstangen miteinander sowie mit den dritten
Lagerungen der Lenkereinrichtungen verbunden, während die
Lagerbuchsen mit dem Radträger verbunden sind. Die miteinander
verbundenen Führungsstangen können bei dieser
Ausführungsform somit beispielsweise direkt an die entsprechenden Lagerungen
der Lenkereinrichtung angekoppelt werden, wodurch sich eine besonders
kompakte Ausführung der erfindungsgemäßen
Radaufhängung ergibt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele
darstellender Zeichnungen näher erläutert, wobei
aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung
einer Feder-/Dämpfer-Anordnung oder von Stabilisatoren
jeweils verzichtet wurde.
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Es
zeigt:
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1 in
einer schematischen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel
einer Radaufhängung gemäß der vorliegenden
Erfindung, mit chassisfestem Radnabenmotor, in der seitenkraftfreien
Neutralstellung;
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2 in
einer 1 entsprechenden Darstellung und Ansicht die Radaufhängung
gemäß 1 bei Seitenkraftbeaufschlagung;
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3 in
einer 2 entsprechenden Darstellung, Ansicht und Position
eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Radaufhängung mit geradführungsfestem Radnabenmotor;
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4 in
schematischer, isometrischer Darstellung die Radaufhängung
gemäß 3 in der Neutralstellung bezüglich
Sturz sowie bezüglich Einfederung;
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5 in
einer 4 entsprechenden Darstellung und Ansicht die Radaufhängung
gemäß 3 und 4 bei entferntem
Getriebegehäusedeckel;
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6 in
einer 4 und 5 entsprechenden Darstellung
und Ansicht die Radaufhängung gemäß 3 bis 5 in
der eingefederten Stellung; und
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7 in
einer 4 bis 6 entsprechenden Darstellung
und Ansicht die Radaufhängung gemäß 3 bis 6 in
der ausgefederten Stellung.
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Die 1 und 2 zeigen
jeweils in schematischer Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel
einer Radaufhängung gemäß der vorliegenden
Erfindung. 1 zeigt die Radaufhängung
in der seitenkraftfreien Neutralstellung, während 2 die
Radaufhängung bei Kurvenfahrt mit auftretender Seitenkraft
F darstellt.
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Man
erkennt ein Fahrzeugrad 1 sowie die aus unterschiedlichen
Lenkern und Streben zusammengesetzte Radaufhängung 2.
Ferner zeigen die 1 und 2 einen
dem Rad 1 zugeordneten Radnabenmotor 3 mit einem
zwischen Rad 1 und Radnabenmotor 3 angeordneten
Radnabengetriebe 4, dessen Gehäuse gleichzeitig
den Radträger darstellt. Am Radnabengetriebe 4 angeordnet
sind zwei Führungsbuchsen 5 (wovon in der Darstellung
der 1 und 2 lediglich eine Führungsbuchse sichtbar
ist). Die Führungsbuchsen 5 sind gleitbeweglich
auf zwei Führungsstangen 6 angeordnet (wovon in
der Darstellung der 1 und 2 wiederum nur
eine Führungsstange sichtbar ist). Mittels der gleitbeweglich
auf den Führungsstangen 6 angeordneten Führungsbuchsen 5 kann
das Rad 1 vertikale Einfederungsbewegungen 7 ausführen.
Dank der Geradführungseinrichtung 5, 6 sind
somit keine der ansonsten üblichen, bauraumintensiven Lenkeranordnungen
zur Radführung erforderlich, und es kann gegenüber
konventionellen Radaufhängungen somit Bauraum eingespart
werden.
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2 zeigt
die Radaufhängung gemäß 1 beim
Auftreten einer Seitenkraft S, beispielsweise während einer
Kurvenfahrt. Angenommen, die Fahrtrichtung verläuft bei
der Darstellung gemäß 2 in die
Zeichenebene hinein, entspricht die Darstellung der 2 somit
einer Rechtskurve.
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Eine
Zusammenschau von 1 und 2 zeigt
die Wirkungsweise der beiden vertikal übereinander positionierten
Lenkereinrichtungen 8, 9. Die beiden Lenkereinrichtungen 8, 9 besitzen
jeweils drei Lagerstellen 10, 11, 12 bzw. 10', 11', 12'.
Mittels der ersten Lagerstelle 10, 10' sind die
Lenkereinrichtungen 8, 9 schwenkbar mit einem
chassisfestem Hilfsrahmen 13 verbunden. Die beiden zweiten
Lagerstellen 11, 11' sind ebenfalls schwenkbar
mit den beiden Enden der Führungsstangen 6 verbunden.
Der besseren Erkennbarkeit halber sind die Schwenkachsen 11, 11' der
Verbindung zwischen den beiden Lagerstellen 11, 11' mit
den Enden der Führungsstangen 6 in den 1 und 2 jeweils
mittels eines punktierten Linienkreuzes bei 11 bzw. 11' dargestellt.
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Die
beiden dritten Lagerstellen 12, 12' der Lenkereinrichtungen 8, 9 sind
mittels zweier Pendelstützen 14 (wovon in der
Darstellung der 1 und 2 nur eine
Pendelstütze sichtbar ist) miteinander verbunden bzw. kinematisch
gekoppelt.
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Wirkt
nun eine Seitenkraft F auf das Rad, so wird diese Seitenkraft über
den Radträger bzw. das Radnabengetriebe 4, die
Führungsbuchsen 5 und die Führungsstangen 6 auf
die zweiten Lagerstellen 11, 11' der Lenkereinrichtungen 8, 9 übertragen,
wodurch diese aus Ihrer Neutralstellung gemäß 1 in eine
ausgelenkte Stellung gemäß 2 bewegt
werden. Dabei sorgt die Kopplung der beiden Lenkereinrichtungen 8, 9 über
die Pendelstützen 14 zusammen mit der unterschiedlich
großen Wirklänge 15, 16 der Lenkereinrichtungen 8, 9 dafür,
dass die horizontale Auslenkung des oberen Endes der Führungsstangen 6 größer
ausfällt als diejenige des unteren Endes der Geradführung.
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Die
größere horizontale Auslenkung des oberen Endes
der Führungsstangen 6 schließlich führt
dazu, dass das Rad aufgrund der Seitenkraft F eine Sturzänderung α erfährt,
welche der Seitenkraft F entgegengerichtet ist dergestalt, dass
sich das Rad 1 der Seitenkraft F entgegenstemmt. Mittels
entsprechender Dimensionierung der Lenkereinrichtungen 8, 9 kann
die Radaufhängung 2 so ausgebildet werden, dass
durch die Sturzänderung α – zusammen mit
der Verformung des Reifens sowie mit einer etwaigen Seitenneigung
des Kraftfahrzeugs – auch bei Kurvenfahrt eine weitgehend
unveränderte Radaufstandsfläche und damit eine
optimale Bodenhaftung des Reifens sichergestellt wird.
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Einige
bzw. alle der Lagerstellen 10–12 bzw. 10'–12' sind
dabei als Elastomerlager ausgebildet. Hierdurch wird zum einen die Übertragung
von Mikrovibrationen und Körperschall vom Rad auf die Karosserie
verringert. Zum anderen wird verhindert, dass unzulässig
hohe Spannungen bzw. kinematische Versperrungen aufgrund der unterschiedlichen
Geometrie der beiden miteinander gekoppelten Lenkereinrichtungen 8, 9 auftreten.
Zudem können die Elastomerlager so ausgebildet werden,
dass Rückstellmomente erzeugt werden, die das Rad bei Wegfall der
Seitenkraft F wieder in die neutrale Sturzstellung zurückführen.
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Unabhängig
von der durch die Lenkeranordnung 8, 9 hervorgerufenen
Sturzänderung α erfolgt dabei unverändert
die vertikale Einfederungsbewegung 7 des Rades 1 zusammen
mit dem Radnabengetriebe 4 entlang der Führungsstangen 6.
Ferner wird die aufgrund der Sturzänderung α hervorgerufene
Relativbewegung zwischen dem Radnabengetriebe 4 und dem
Radnabenmotor 3 – der bei dieser Ausführungsform
chassisfest angeordnet bzw. mit dem Hilfsrahmen 13 verbunden
ist – mittels des Elastomerbalgs 17 sowie mittels
eines geeigneten (hier nicht sichtbaren) Ausgleichselements zwischen
dem Radnabengetriebe 4 und der Motorwelle des Radnabenmotors 3 ausgeglichen.
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3 zeigt
eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Radaufhängung, die im Wesentlichen mit der Ausführungsform
gemäß 1 und 2 übereinstimmt.
Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 und 2 – bei
welcher der Radnabenmotor 3 mit dem Chassis bzw. mit dem Hilfsrahmen 13 verbunden
ist – ist der Radnabenmotor 3 bei der Ausführungsform
gemäß 3 jedoch mittels einer Auslegereinrichtung 18 mit
den Führungsstangen 6 verbunden. Dies bedeutet,
dass der Radnabenmotor 3 den Sturzänderungen α des
Rades und der Geradführung 5, 6 (nicht
jedoch den Einfederungsbewegungen 7 des Rades 1)
folgt.
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Diese
Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass kein zusätzliches
Ausgleichselement zwischen der Motorwelle und der Antriebswelle
der Getriebeeinheit erforderlich ist, um die Längen- und
Winkeländerungen aufzunehmen, die bei Sturzänderungen α des
Rades sowie des Radnabengetriebes 4 gegenüber
dem Chassis bzw. gegenüber dem Hilfsrahmen 13 auftreten.
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Die 4 bis 7 zeigen
die Radaufhängung 2 gemäß 3 jeweils
in isometrischer Darstellung. Den 4 bis 7 gemeinsam
ist die hier dargestellte Neutralstellung bezüglich des
Radsturzes, wie auch bereits in 1 dargestellt.
Dabei ist in 4 die Radaufhängung 2 gemäß 3 in
Neutralstellung zudem auch bezüglich der Einfederung dargestellt. 5 zeigt
die Radaufhängung 2 nochmals in derselben Darstellung
wie 4, mit dem Unterschied, dass in der Darstellung
gemäß 5 der Deckel des Radnabengetriebes
entfernt ist. 6 zeigt die Radaufhängung 2 gemäß 3 bis 5 in
der eingefederten Stellung, während 7 dieselbe Radaufhängung 2 nochmals
in der ausgefederten Stellung zeigt.
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In
allen 4 bis 7 erkennt man zunächst
einmal das Rad 1, die Führungsstangen 6 und die
darauf gleitbeweglich angeordneten Führungsbuchsen 5,
sowie den Hilfsrahmen 13 und den Radnabenmotor 3.
Am Hilfsrahmen 13 sind schwenkbar die beiden Lenkereinrichtungen 8, 9 angeordnet,
die hier als im Wesentlichen prismatische Schwenkkörper
ausgebildet sind. Die Lenkereinrichtungen 8, 9 sind
ferner ebenfalls schwenkbar mit den Führungsstangen 6 verbunden.
Der besseren Erkennbarkeit halber sind die Schwenkachsen, die den
Lagerstellen 11, 11' zur schwenkbaren Verbindung
der Führungsstangen 6 mit den Lenkereinrichtungen 8, 9 entsprechen,
in 4 und 5 mittels punktierter Linien 11, 11' angedeutet.
Die Lenkereinrichtungen 8, 9 sind mittels der
beiden Pendelstützen 14 kinematisch miteinander
gekoppelt.
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Ferner
wird erkennbar, dass der Radnabenmotor 3 mittels einer
Auslegereinrichtung 18 mit den Führungsstangen 6 verbunden
ist, vgl. 3. Auf diese Weise wird wie
beschrieben sichergestellt, dass der Radnabenmotor den Sturzänderungen α des
Rades und der Geradführungseinrichtung 5, 6 folgt,
wodurch vermieden wird, dass sich Winkel- und/oder Abstandsänderungen
zwischen der Motorwelle und der Antriebswelle des Radnabengetriebes ergeben.
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Die
Darstellung der 5 entspricht im Wesentlichen
der Darstellung der 4 mit dem Unterschied, dass
in der Darstellung von 5 der Getriebegehäusedeckel
entfernt wurde, wodurch die Zahnräder des Radnabengetriebes
sichtbar werden. Das Radnabengetriebe dient zum translatorischen
Ausgleich der linearen Einfederungsbewegungen 7 des Rades 1 mittels
einer Anordnung aus einem Antriebsritzel 19, einem Planetenzahnrad 20 und
einem Hohlrad 21. Das Radnabengetriebe, das für
sich genommen nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, erlaubt
im Betrieb eine vertikale Relativbewegung zwischen dem Antriebsritzel 19 und
dem Hohlrad 21 und entkoppelt auf diese Weise die Einfederungsbewegungen
des Rades 1 vom Radnabenmotor 3, welcher auf diese
Weise nicht mehr zu den ungefederten Massen der Radaufhängung
gehört, sondern im Wesentlichen chassisfest, also mitgefedert,
montiert werden kann.
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6 zeigt
die Radaufhängung 2 gemäß 3 bis 5 in
der eingefederten Stellung. Man erkennt, dass das Fahrzeugrad 1 zusammen
mit dem radnabenfesten Hohlrad 21 des Radnabengetriebes vertikal
nach oben bewegt wurde, wodurch auch die mit dem Radnabengetriebe
verbundenen Führungsbuchsen 5 auf den Führungsstangen 6 vertikal
nach oben verschoben sind, während der Radnabenmotor 3 seine
im Wesentlichen chassisfeste vertikale Position beibehalten hat.
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Die
vertikale Einfederungsbewegung 7 wird vom Radnabengetriebe
aufgenommen, indem sich das Hohlrad 21 gegenüber
dem Antriebsritzel 19 vertikal nach oben bewegt hat, wobei
der drehmomentübertragende Zahneingriff zwischen Antriebsritzel 19 und
Hohlrad 21 dank des schwenkbeweglichen Planetenzahnrads 20 jedoch
erhalten bleibt.
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Auch
in der eingefederten Stellung gemäß 6 kann
die Veränderung des Radsturzes α bei einer Seitenkraft
in derselben Weise erfolgen, wie anhand der 1 bis 3 dargestellt.
Bei der Ausführungsform gemäß 3 bis 7 folgt
dabei der Radnabenmotor 3 ggf. einer Veränderung
des Radsturzes α, da der Radnabenmotor 3 mittels
der Auslegereinrichtung 18 mit den Führungsstangen 6 verbunden
ist, wodurch auf ein Wellen-Ausgleichselement zum Ausgleich von
Abstands- bzw. Winkeländerungen zwischen dem Radnabenmotor 3 und
dem Antriebsritzel 19 des Radnabengetriebes verzichtet werden
kann.
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7 zeigt
die Radaufhängung gemäß den 3 bis 6 in
der vollständig ausgefederten Stellung. Es wird erkennbar,
dass das Rad 1 zusammen mit dem radnabenfesten Hohlrad 21 des
Radnabengetriebes vertikal nach unten bewegt ist. Hierdurch sind
auch die mit dem Radnabengetriebe verbundenen Führungsbuchsen 5 der
Radaufhängung 2 auf den Führungsstangen 6 vertikal
nach unten verschoben. Auch hier behält der Radnabenmotor 3 wieder
seine im Wesentlichen chassisfeste Position bei, und die vertikale
Relativbewegung zwischen dem mit dem Rad 1 verbundenen
Hohlrad 21 und dem mit dem Radnabenmotor 3 verbundenen
Antriebsritzel 19 wird durch entsprechende Schwenkbewegung des
Planetenzahnrads 20 ausgeglichen.
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Im
Ergebnis wird damit deutlich, dass mit der Erfindung eine Radaufhängung
mit Geradführung geschaffen wird, die bei minimalem Bauraumbedarf gleichzeitig
das erwünschte, definierte Eigenlenkverhalten bezüglich
Sturz und ggf. Spur beim Auftreten von Seitenkräften erlaubt.
Dank der Erfindung wird es damit insbesondere möglich,
kompakte, gewichts- und platzsparende Radaufhängungen zu
schaffen, beispielsweise für einen Radnabenantrieb, die
auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden können, bei denen
hohe Ansprüche an die Fahrdynamik bestehen.
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Die
Erfindung leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur Bauraumreduzierung
und zur Verbesserung von Fahrkomfort und Sicherheit bei Radaufhängungen
von Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Anwendungen im wachsenden
Bereich der Elektro- bzw. Hybridantriebe.
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- 1
- Rad
- 2
- Radaufhängung
- 3
- Radnabenmotor
- 4
- Radnabengetriebe,
Radträger
- 5
- Führungsbuchse
- 6
- Führungsstange
- 7
- Einfederungsbewegung
- 8,
9
- Lenkereinrichtung
- 10,
11, 12
- Lagerstellen
- 10',
11', 12'
- Lagerstellen
- 13
- Hilfsrahmen,
Fahrzeugchassis
- 14
- Pendelstütze
- 15,
16
- Wirklänge
- 17
- Elastomerbalg
- 18
- Auslegereinrichtung
- 19
- Antriebsritzel
- 20
- Planetenzahnrad
- 21
- Hohlrad
- α
- Sturzänderung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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