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Die
vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fahrzeugtechnik und
betrifft eine Einzelradaufhängung
für ein
Fahrzeugrad, sowie eine mit solchen Einzelradaufhängungen
ausgerüstete
Radachse eines Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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Fährt ein
Kraftfahrzeug über
Fahrbahnunebenheiten treten an den Rädern stoßartige Kräfte auf, die über die
Radaufhängungen
und die Fahrzeugfederung auf den Fahrzeugaufbau übertragen werden. Hierbei soll
einerseits ein für
die Lenkung und Bremsung des Fahrzeugs erforderlicher Fahrbahnkontakt aufrecht
erhalten und andererseits ein ausreichender Fahrkomfort erreicht
werden, um unangenehme und gesundheitsschädliche Belastungen für die Fahrzeuginsassen
zu vermeiden und empfindliches Ladegut nicht zu beschädigen.
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In
Personenkraftfahrzeugen mit Einzelradaufhängung sind zur Fahrzeugfederung
typischer Weise Schraubenfedern vorgesehen, die sich am Radträger oder
einem radführenden
Lenker und am Fahrzeugaufbau (Karosserie) abstützen. Da Schraubenfedern praktisch
keine Eigendämpfung
aufweisen, werden sie in der Regel nur in Verbindung mit Schwingungsdämpfern wie
hydraulische Teleskopdämpfer
verwendet.
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Um
die in der Praxis typischer Weise auftretenden Kräfte abfedern
zu können,
müssen
Schraubenfedern entsprechend bemessen sein, was zur Folge hat, dass
sie relativ viel Bauraum beanspruchen. Speziell für Personenkraftwagen
wurden so genannte Tonnen- bzw. Miniblockfedern entwickelt, deren
Windungen sich bei Belastung spiralförmig ineinander legen, wodurch
relativ niedrige Bauhöhen realisiert
werden können,
allerdings auch größere Außendurchmesser
vorzuhalten sind.
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Obgleich
durch Miniblockfedern gegenüber herkömmlichen
Schraubenfedern weniger Bauraum beansprucht wird, ist es im modernen
Kraftfahrzeugbau wünschenswert
den für
Federelemente benötigten
Bauraum weiter zu verringern. Um dies zu erreichen, wird beispielsweise
eine als ”Federbein” bezeichnete
Kombination aus Schraubenfeder und Schwingungsdämpfer eingesetzt, wobei die
Schraubenfeder den Schwingungsdämpfer
zumindest teilweise umgibt. Federbeine haben jedoch den Nachteil,
dass der Schwingungsdämpfer
nicht mehr frei zugänglich
ist.
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Aufgabenstellung
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Demgegenüber besteht
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Einzelradaufhängung für ein Fahrzeug
zur Verfügung
zu stellen, durch welche die oben genannten Nachteile vermieden
werden.
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Diese
und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch
eine Einzelradaufhängung
für ein
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale
der Unteransprüche angegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine
Einzelradaufhängung
für ein
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, angegeben, welche der Mehrfachanlenkung
eines Radträgers
zur Aufnahme eines Fahrzeugrads, insbesondere Hinterrads, gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung eines Hilfsrahmens, an einem Fahrzeugaufbau
(Fahrzeugkarosserie) dient.
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Die
Einzelradaufhängung
zur Mehrfachanlenkung eines Fahrzeugrads ist mit einer Mehrzahl radführender
Glieder (”Lenker”) versehen,
welche zur Führung
des Radträgers
am Fahrzeugaufbau anlenkbar bzw. angelenkt sind.
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Die
Einzelradaufhängung
umfasst eine (quer zur Fahrzeuglängsrichtung)
in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Querblattfeder, die an einer
radträgerseitigen
Lagerung mit dem Radträger
und an wenigstens einer aufbauseitigen Lagerung mit dem Fahrzeugaufbau
verbindbar bzw. verbunden ist. Hierbei ist die Querblattfeder so
angeordnet, dass sie die Funktion einer Schraubenfeder übernehmen
kann, indem sie Kräfte
zwischen dem Fahrzeugrad bzw. Radträger einerseits und dem Fahrzeugaufbau
andererseits aufnehmen und weiterleiten kann. Insbesondere kann
die Querblattfeder zu diesem Zweck im eingebauten Zustand so angeordnet
sein, dass sie (sowohl quer zur Fahrzeuglängs- als auch quer zur Fahrzeugquerrichtung)
in Fahrzeughochrichtung biegbar ist.
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Gemäß einem
wesentlichen Merkmal der Erfindung ist die radträgerseitige Lagerung der Querblattfeder
so ausgebildet, dass die Querblattfeder relativ zum Radträger in Fahrzeugquerrichtung
bewegbar ist. Durch diese Maßnahme
kann erreicht werden, dass die Querblattfeder in Fahrzeugquerrichtung
keine radführende
Funktion ausübt,
sondern lediglich die oben genannte Funktion einer Schraubenfeder übernimmt.
Es können
somit in Fahrzeugquerrichtung (in Erstreckungsrichtung der Querblattfeder) keine
Kräfte
zwischen dem Radträger
und dem Fahrzeugaufbau durch die Querblattfeder übertragen werden, wobei durch
die radträgerseitige
Lagerung und die aufbauseitige Lagerung der Querblattfeder nur Kräfte auf
die Querblattfeder ausgeübt
werden können,
die zumindest teilweise in Fahrzeughochrichtung gerichtet sind.
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Da
der Radträger
durch die Lenker geführt wird,
kann die Querblattfeder in vorteilhafter Weise ausschließlich in
Hin blick auf eine Übertragung
von Kräften
zwischen Radträger
und Fahrzeugaufbau ausgelegt werden. Die Querblattfeder macht dabei Schraubenfedern
verzichtbar, wodurch in vorteilhafter Weise Bauraum frei wird und
kompakte und leichte Einzelradaufhängungen realisiert werden können.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung ist
die Querblattfeder mittels einer (hängenden) Pendelstütze am Radträger gelagert,
wobei die Pendelstütze
an einer blattfederseitigen Anlenkstelle an der Querblattfeder und
an einer radträgerseitigen
Anlenkstelle am Radträger
angelenkt ist. Die beiden Anlenkstellen können beispielsweise als elastische
Schwenklagerbuchsen mit zueinander parallelen, in Fahrzeuglängsrichtung gerichteten
Schwenkachsen ausgeführt
sein, um den Radträger
in Fahrzeugquerrichtung relativ zur Querblattfeder bewegen zu können. über eine
solche Pendelstütze
kann die Querblattfeder in einfacher Weise mit dem Radträger verbunden
werden, wobei vermieden wird, dass die Querblattfeder eine radführende Funktion
in Fahrzeugquerrichtung hat.
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Die
Pendelstütze
ist hierbei in vorteilhafter Weise so gerichtet, dass eine Kraftwirkungslinie
zur Kraftübertragung
zwischen dem Radträger
und der Querblattfeder durch oder zumindest in Nähe eines Reifenaufstandspunkts
des vom Radträger
getragenen Fahrzeugrads passiert. Die Kraftwirkungslinie der Pendelstütze entspricht
einer geraden Linie zwischen den beiden Mitten der Anlenkstellen
der Pendelstütze.
Die Pendelstütze
kann zu diesem Zweck in einer vertikalen Ebene in Fahrzeughoch-
und Fahrzeugquerrichtung und/oder in Fahrzeughoch- und Fahrzeuglängsrichtung
in einem von 0° verschiedenen
Winkel zur Fahrzeughochrichtung (vertikale Richtung) geneigt bzw.
angestellt sein. Vorteilhaft ist die Pendelstütze hierbei in Bezug auf eine
die Fahrzeugquer- und Fahrzeughochrichtung enthaltende Ebene (vertikale
Ebene in Fahrzeugquerrichtung) in einem Winkel zwischen 0° und 10° zur Fahrzeugunterseite
und zur Fahrzeugaußenseite
hin angestellt. Insbesondere in diesem Fall kann es vorteilhaft
sein, wenn die Pendelstütze
so geneigt ist, dass sich ein Durchstoßpunkt der verlängert gedachten
Kraftwirkungslinie der Pendelstütze
durch eine im Reifenaufstandspunkt angeordnete horizontale Ebene
innerhalb einer um den Reifenaufstandspunkt gedachten Kreisfläche mit
einem Kreisradius von 200 mm, bevorzugt 100 mm, insbesondere bevorzugt
50 mm befindet. In besonders vorteilhafter Weise kann durch diese
Maßnahme
eine Verringerung von Reaktionskräften in den übrigen Anlenkstellen
(Lagerbuchsen) der Radaufhängung
erreicht werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung ist
die Pendelstütze
mit einem Mittel zum Ändern
eines Abstands zwischen der blattfederseitigen Anlenkstelle und
der radträgerseitigen
Anlenkstelle versehen, um die Länge
der Pendelstütze
variieren zu können,
beispielsweise um Montagetoleranzen auszugleichen und eine Niveauverstellung
des Fahrzeugaufbaus vorzunehmen. Bei einem solchen Mittel zum Ändern eines
(direkten) Abstands zwischen der blattfederseitigen Anlenkstelle
und der radträgerseitigen
Anlenkstelle kann es sich beispielsweise um einen elektromechanischen
Aktuator (z. B. Hydraulikzylinder) handeln, so dass in einfacher
Weise insbesondere eine automatisch oder manuell steuerbare Niveauverstellung
des Fahrzeugaufbaus ermöglicht ist.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung ist
die Querblattfeder an der aufbauseitigen Lagerung in Fahrzeugquerrichtung
fixiert, wodurch verhindert werden kann, dass die Querblattfeder
bei einseitiger Belastung in Fahrzeugquerrichtung wandert.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung umfasst
diese einen am Radträger
mittels einer Gabelstütze
angelenkten Schwingungsdämpfer,
wobei die Querblattfeder durch die Gabelstütze hindurch geführt ist.
Durch diese Maßnahme
kann eine besonders kompak te Einzelradaufhängung realisiert werden, ohne
dass die beiden Anlenkstellen von Schwingungsdämpfer und Querblattfeder am
Radträger
in Fahrzeuglängsrichtung
versetzt sind, was eine gezielte Ausrichtung der Federkraftwirkungslinien
in Fahrzeuglängsrichtung
und Fahrzeugquerrichtung zulässt
und somit eine genaue Abstimmung kinematischer Eigenschaften der
Einzelradaufhängung
ermöglicht.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung umfasst
diese einen am Radträger
angelenkten Schwingungsdämpfer,
wobei die Querblattfeder unter Zwischenschaltung des Schwingungsdämpfers mit
dem Radträger
verbunden ist. Durch diese Maßnahme
kann in besonders vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die
Querblattfeder und der Schwingungsdämpfer in summarischer Weise
Kräfte
an den Radträger übertragen,
wodurch eine besonders genaue Abstimmung kinematischer Eigenschaften
der Einzelradaufhängung
ermöglicht
ist. In diesem Fall kann es in konstruktiver Hinsicht insbesondere
in Hinblick auf den benötigten
Bauraum vorteilhaft sein, wenn der Schwingungsdämpfer mittels einer Gabelstütze am Radträger angelenkt
und die radträgerseitige
Lagerung der Querblattfeder innerhalb der Gabelstütze mit
dem Schwingungsdämpfer
verbunden ist.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung ist
die Querblattfeder aus einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff gefertigt,
beispielsweise ein Verbundwerkstoff, bei dem Glas- oder Kohlenstofffasern
in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind, wodurch die gewünschten
Federeigenschaften mit relativ leichten, korrosionsbeständigen Querblattfedern erzielt
werden können.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung ist
die wenigstens eine aufbauseitige Lagerung der Querblattfeder mittels
eines im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung sich erstreckenden
Hilfs rahmens mit dem Fahrzeugaufbau verbunden, wodurch eine besonders
kompakte Einzelradaufhängung
realisierbar ist.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung ist
der Radträger
mittels eines unteren H-Arm-Lenkers und eines oberen Querlenkers
am Fahrzeugaufbau schwenkbar gelagert. Die Ortsangaben ”oberer” Lenker
beziehungsweise ”unterer” Lenker
beziehen sich die auf die relative Lage, welche diese beiden Lenker
in gewöhnlicher
Einbauposition zueinander einnehmen.
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Der
obere Querlenker ist fahrzeugseitig am Fahrzeugaufbau oder einem
Hilfsrahmen und radträgerseitig
am Radträger
mittels beispielsweise als elastische Schwenklagerbuchsen ausgebildete
Lenkerlager schwenkbar gelagert. Der obere Querlenker ermöglicht an
seinen beiden Anlenkpunkten eine Ein- beziehungsweise Ausfederungsbewegung
eines vom Radträger
getragenen Fahrzeugrads, wobei der obere Querlenker in Fahrzeugquerrichtung
wirkende Kräfte übertragen
kann.
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Der
untere H-Arm-Lenker umfasst einen im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung
sich erstreckenden Längslenkerabschnitt
und wenigstens einen im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung sich
erstreckenden Querlenkerabschnitt, die mittels beispielsweise als
elastische Schwenklagerbuchsen ausgebildete Lenkerlager, gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung des Hilfsrahmens, am Fahrzeugaufbau gelagert
sind. Der untere H-Arm-Lenker ermöglicht an seinen Anlenkpunkten
eine Ein- beziehungsweise Ausfederungsbewegung eines vom Radträger getragenen
Fahrzeugrads, wobei der Querlenkerabschnitt in Fahrzeugquerrichtung
wirkende Kräfte
und der Längslenkerabschnitt
in Fahrzeuglängsrichtung wirkende
Kräfte übertragen
kann. Über
zwei Verbindungsabschnitte ist der untere H-Arm-Lenker mittels beispielsweise
als elastische Schwenklagerbuchsen ausgebildete Lenkerlager am Radträger angelenkt. Die
Bezeichnung ”H-Arm-Lenker”, welche
für diese Art
von Lenkern von Fachleuten auf dem Gebiet der Fahrwerkstechnik üblicher
Weise verwendet wird, ist von der speziellen Form des Lenkers abgeleitet,
die aus einem ”H” entstanden
gedacht werden kann.
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Die
Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine Radachse, insbesondere
Hinterachse, für
ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, die mit wie oben beschriebenen
Einzelradaufhängungen
versehen ist. Die Radachse ist dabei mit einer in Fahrzeugquerrichtung
verlaufenden Querblattfeder versehen, die an ihren freien Enden
an radträgerseitigen
Lagerungen mit zwei Radträgern
zur Aufnahme von Fahrzeugrädern
und im Bereich zwischen den beiden Radträgern an wenigstens einer aufbauseitigen
Lagerung mit einem Fahrzeugaufbau verbindbar bzw. verbunden ist,
wobei die radträgerseitigen
Lagerungen der Querblattfeder so ausgebildet sind, dass die Querblattfeder
relativ zu jedem Radträger
in Fahrzeugquerrichtung bewegbar gelagert ist.
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Die
Erfindung erstreckt sich ferner auf ein Kraftfahrzeug, das mit wenigstens
einer solchen Radachse, insbesondere Hinterachse, ausgerüstet ist.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen genommen wird. In den Zeichnungen sind gleiche bzw.
gleich wirkende Elemente mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Hinterachse eines Kraftfahrzeugs gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
weitere perspektivische Ansicht der Hinterachse von 1;
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3 in
einem vergrößerten Ausschnitt
eine perspektivische Ansicht der Einzelradaufhängung der Hinterachse von 1;
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4 in
einem vergrößerten Ausschnitt
eine weitere perspektivische Ansicht der Einzelradaufhängung der
Hinterachse von 1 ohne Schwingungsdämpfer;
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5 in
einem vergrößerten Ausschnitt
eine perspektivische Ansicht der Befestigung der Querblattfeder
am Hilfsrahmen;
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6 eine
perspektivische Teilansicht einer Einzelradaufhängung eines Kraftfahrzeugs
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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7 eine
Schnittdarstellung der Befestigung der Querblattfeder am Hilfsrahmen
im zweiten Ausführungsbeispiel,
wobei eine Variante des Hilfsrahmens dargestellt ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 5 wird nun
ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.
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In 1 und 2 ist
jeweils eine antreibbare Hinterachse 1 eines Kraftfahrzeugs
in perspektivischer Ansicht gezeigt. Die Hinterachse 1 weist
zwei zueinander gleich aufgebaute Einzelradaufhängungen 2 für die Hinterräder des
Kraftfahrzeugs auf. Jede der beiden Einzelradaufhängungen 2 ist
mittels zweier Lenker, einem unteren H-Lenker 3 und einem oberen
Querlenker 13, an einem am Fahrzeugaufbau über eine
Mehrzahl elastischer Lagerbuchsen 16 gelagerten Hilfsrahmen 11 angelenkt.
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Der
untere H-Lenker 3 ist mit einem im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung
(x) sich erstreckenden Längslenkerabschnitt 4 und
einem im Wesentlichen in Fahrzeugquer richtung (y) sich erstreckenden
Querlenkerabschnitt 5 versehen. Über seinen Längslenkerabschnitt 4 ist
der H-Lenker 3 mittels eines ersten und zweiten Lenkerlagers 6, 7 an
einem mit einer Radnabe 12 verschraubten Achsschenkel 10 und
mittels eines dritten Lenkerlagers 9 am Fahrzeugaufbau
(Fahrzeugkarosserie) schwenkbar gelagert. Die Radnabe 12 und
der Achsschenkel 10 formen gemeinsam einen Radträger zur
Aufnahme eines Hinterrads.
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Der
Längslenkerabschnitt 4 des
H-Arm-Lenkers 3 weist eine gekrümmte Form mit einer zur Fahrzeugaußenseite
hin angestellten Schwenkachse des dritten Lenkerlagers 8 auf,
wodurch erreicht werden kann, dass die Mitte des Achsschenkels 10 beim
Einwirken von Längs-
und Querkräften
nach hinten versetzt wird, um hierdurch das Hinterrad in Vorspur
zu drücken
und einer bei diesem Achstyp typischer Weise auftretenden Nachspurverstellung
des Hinterrads entgegen zu wirken. Der Querlenkerabschnitt 5 ist mittels
eines vierten Lenkerlagers 9 am Hilfsrahmen 11 um
eine im Wesentlichen parallel zur Fahrzeuglängsrichtung (x) liegende Schwenkachse schwenkbar
gelagert. Alternativ könnte
der Querlenkerabschnitt 5 unmittelbar am Fahrzeugaufbau
gelagert sein. Über
den Längslenkerabschnitt 4 können in Fahrzeuglängsrichtung
(x) und über
den Querlenkerabschnitt 5 in Fahrzeugquerrichtung (y) wirkende Kräfte aufgenommen
werden.
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Der
obere Querlenker 13 erstreckt sich im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung
(y) und ist radträgerseitig
durch ein fünftes
Lenkerlager 14 am Achsschenkel 10 und fahrzeugseitig
durch ein sechstes Lenkerlager 15 mit einer im Wesentlichen
parallel zur Fahrzeuglängsrichtung
(x) liegenden Schwenkachse am Hilfsrahmen 11 schwenkbar
gelagert. Denkbar wäre
auch, dass der obere Querlenker 13 fahrzeugseitig direkt
am Fahrzeugaufbau gelagert ist. Das vierte Lenkerlager 9 des
Querlenkerabschnitts 5 des unteren Lenkers 3 und
das sechste Lenkerlager 15 des oberen Querlenkers 13 ermöglichen
gemeinsam eine Ein- bezie hungsweise Ausfederungsbewegung des Hinterrads.
Gemeinsam mit dem Querlenkerabschnitt 5 des unteren Lenkers 3 können über den
oberen Querlenker 13 in Fahrzeugquerrichtung (y) wirkende
Kräfte
aufgenommen werden.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die ersten bis sechsten Lenkerlager 6–9, 14, 15 als
elastische Schwenklagerbuchsen ausgebildet, etwa in Form konzentrischer
Zylinderbuchsen, die über
eine Zwischenschicht aus einem elastischen Material wie Gummi miteinander
verbunden sind. Sie ermöglichen einerseits
eine Schwenkbewegung der Lenker um eine durch die Buchsenachse vorgegebene Schwenkachse,
erlauben andererseits aber auch zumindest in geringem Umfang eine
translatorische Verschiebung der Lenker parallel zur Schwenkachse.
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Die
Hinterachse 1 umfasst weiterhin eine bandförmige Querblattfeder 17,
die an ihren Enden an den Achsschenkeln 10 der beiden Einzelradaufhängungen 2 schwenkbar
befestigt ist. Die allgemein quaderförmige Querblattfeder 17 erstreckt
sich in Fahrzeugquerrichtung (y), wobei die breiteren Quaderflächen im
eingebauten Zustand zumindest annähernd horizontal gerichtet
sind, so dass entlang der Fahrzeughochrichtung (z) wirkende Kräfte beim
Ein- und Ausfedern der beiden Hinterräder durch die Querblattfeder 17 aufgenommen
und zwischen den Radträgern
und dem Fahrzeugaufbau übertragen werden
können.
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An
ihren Enden ist die Querblattfeder 17 jeweils über eine
hängende
Pendelstütze 18 an
den beiden Achsschenkeln 10 befestigt. Jede Pendelstütze 18 setzt
sich aus einem stiftförmigen
Pendelabschnitt 24 und einem damit verbundenen gegabelten Pendelabschnitt 23 zusammen.
Die Pendelstützen 18 sind über obere
erste Pendellager 19 an einer vorspringenden Strebe 21 des
Achsschenkels 10 schwenkbar angebracht und umgreifen mit
ihren gegabelten Pendelabschnitten 23 untere zweite Pendellager 20,
die jeweils mit einem Klemmschuh 22 mit zwei Klemmplatten 22 zur klemmenden
Aufnahme der Endabschnitte der Querblattfeder 17 versehen sind.
Die beiden Pendellager 19, 20 der Pendelstützen 18 ermöglichen
somit ein Schwenkbewegung der Pendelstützen 18 relativ zu
den Achsschenkeln 10 als auch relativ zur Querblattfeder 17,
wobei die Schwenkachsen der beiden Pendellager 19, 20 der Pendelstützen 18 parallel
zueinander angeordnet sind. Die Pendellager 19, 20 der
Pendelstützen 18 sind
hier beispielsweise als elastische Schwenklagerbuchsen ausgebildet.
Sie können
einen gleichen Aufbau wie die oben beschriebenen elastischen Schwenklagerbuchsen
für die
Lenker haben.
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Wie
insbesondere 5 in vergrößerter Darstellung entnommen
werden kann, wird die Querblattfeder 17 symmetrisch zur
Fahrzeugmitte in ihrem mittleren Abschnitt vom Hilfsrahmen 11 gehalten.
Am Hilfsrahmen 11 sind zu diesem Zweck zwei Paare sich
nach unten erstreckender Stützarme 25 angeformt,
wobei jedes Paar Stützarme 25 einen
Lagerrahmen 26 auf zwei Seiten hält, durch den die Querblattfeder 17 hindurch
geführt
ist. Zwischen der Querblattfeder 17 und den beiden in Fahrzeugquerrichtung
(y) beabstandeten Lagerrahmen 26 sind jeweils Kissen aus
elastischem Material, hier beispielsweise Gummikissen 27,
angeordnet, wodurch bewirkt wird, dass die Querblattfeder 17 in
den Lagerrahmen 26 dämpfend
aufgenommen ist. Die beiden Lagerrahmen 26 umgeben die
Querblattfeder 17 vollständig, so dass die Querblattfeder 17 bei
einseitiger Belastung nicht verkippt bzw. verdreht.
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Die
beiden Lagerrahmen 26 sind hier jeweils horizontal geteilt
und können
miteinander verschraubt werden, um die Querblattfeder 17 vollständig umschließend aufzunehmen,
was in den Figuren nicht näher
dargestellt ist.
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Obgleich
dies in den Figuren nicht dargestellt ist, ist es vorteilhaft, wenn
die Querblattfeder 17 im Bereich der Lagerrahmen 26 in
Fahrzeugquerrichtung (y) fixiert ist, was beispielsweise durch in
entsprechende Ausnehmungen der Querblattfeder 17 greifende
Vorsprünge
der Lagerrahmen 26 realisiert sein kann. Durch diese Maßnahme kann
vermieden werden, dass die Querblattfeder 17 bei einseitiger Belastung
in Fahrzeugquerrichtung (y) wandert.
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Die
Pendelstützen 18 bewirken,
dass die Querblattfeder 17 in Fahrzeugquerrichtung (y)
keine radführende
Funktion ausübt,
sondern lediglich die Funktion von Federelementen wie Schraubenfedern übernimmt.
In Fahrzeugquerrichtung (y), d. h. in Erstreckungsrichtung der Querblattfeder 17,
können somit
keine Kräfte
zwischen den Achsschenkeln 10 und dem Fahrzeugaufbau übertragen
werden. In der Hinterachse 1 dient die Querblattfeder 17 ausschließlich einer
Aufnahme von zumindest teilweise in Fahrzeughochrichtung (z) wirkenden
Kräften
insbesondere beim Ein- und Ausfedern der Hinterräder und einer Übertragung
der Kräfte
zwischen Radträger
und Fahrzeugaufbau, wobei in der Querblattfeder 17 Biegeschwingungen
parallel zur Fahrzeughochrichtung (z) angeregt werden können.
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In
den Einzelradaufhängungen 2 können die Achsschenkel 10 mit
einer Federrate ausgelenkt werden, die einerseits von dem gewählten Material
und den Abmessungen (Länge,
Breite, Höhe)
der Querblattfeder 17 und andererseits von der freien Weglänge zwischen
den unteren zweiten Pendellagern 20 und den angrenzenden
Lagerrahmen 26 abhängt.
Je geringer bei einer Einzelradaufhängung 2 der Abstand
zwischen dem unteren zweiten Pendellager 20 und dem angrenzenden
Lagerrahmen 26 ist, desto steifer ist der dieser Einzelradaufhängung 2 funktionell
zugeordnete Abschnitt der Querblattfeder 17, und umgekehrt.
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Die
Querblattfeder 17 ist im unbelasteten Zustand zu ihren
Enden hin nach unten durchgebogen, d. h. sie weist eine geringe
Vorspannung auf. In den Figuren ist die Querblattfeder 17 im
belasteten Zustand dargestellt, bei dem sie einen zumindest annähernd geraden
Verlauf in Bezug auf eine vertikale Ebene in Fahrzeugquerrichtung
(y) hat. Die Querblattfeder 17 kann durch eine Veränderung
der Position in Fahrzeughochrichtung (z) der Lagerrahmen 26 in
Bezug auf die unteren zweiten Pendellager 20 der Pendelstützen 18 in
der einen oder anderen Auslenkungsrichtung vorgespannt werden.
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In
den Pendelstützen 18 ist
der stiftförmige Pendelabschnitt 24 über einen
Gewindestift 28, der über
zwei Muttern 29 fixiert werden kann, mit einem Innengewinde
des gegabelten Pendelabschnitts 24 verbunden, so dass die
Länge einer
Pendelstütze 18 durch
Drehen des Gewindestifts 28 verändert werden kann. Einerseits
können
so Montagetoleranzen beim Einbau der Querblattfeder 17 in
einfacher Weise ausgeglichen werden, andererseits kann hierdurch
die Länge
der Pendelstützen 18 bzw.
die relative Lage in Fahrzeughochrichtung (z) der unteren zweiten
Pendellager 20 in Bezug auf die Lagerrahmen 26 in
gewünschter
Weise eingestellt werden, beispielsweise um die Querblattfeder 17 vorzuspannen
bzw. eine Niveauverstellung des Fahrzeugaufbaus vorzunehmen. Alternativ
kann die Pendelstütze 18 auch
durch einen Aktuator (z. B. einen elektromechanischen Spindeltrieb
oder eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit) gebildet sein, um
somit die Achse mit einer manuellen oder automatischen Niveauverstellung
auszurüsten.
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Über eine
Veränderung
der Neigung der Pendelstützen 18 relativ
zu den Achsschenkeln 10 kann der Winkel für eine Krafteinleitung
in die Achsschenkel 10 eingestellt werden, wobei durch
diese Maßnahme
die elastischen Schwenklagerbuchsen der Pendellager 19, 20 in
gewünschter
Weise vorgespannt werden können.
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Jede
Pendelstütze 18 hat
eine Kraftwirkungslinie zur Übertragung
von Kräften
zwischen Radträger
und Querblattfeder 17, welche entlang der Erstreckungsrichtung
der jeweiligen stiftförmigen Pendelabschnitte 24 verläuft bzw.
einer geraden Verbindung der beiden Mitten der Pendella ger 19, 20 entspricht.
Die Kraftwirkungslinie einer jeden Pendelstütze 18 der beiden
Einzelradaufhängungen 2 kann hierbei
so gerichtet sein, dass sie durch einen Reifenaufstandspunkt des
von der jeweiligen zugehörigen Radnabe 12 getragenen
Hinterrads verläuft.
Alternativ kann die Kraftwirkungslinie in der Nähe des Reifenaufstandspunkts
eine den Reifenaufstandspunkt enthaltende horizontale Ebene durchstoßen. Vorteilhaft
liegt der Durchstoßpunkt
hierbei innerhalb eines in der horizontalen Ebene um den Reifenaufstandspunkt
gedachten Kreises mit einem Radius von 100 mm, besonders bevorzugt
50 mm, wodurch eine Verminderung von Reaktionskräften in den übrigen Lagerbuchsen
der Radaufhängung
erreicht werden kann.
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Obgleich
die Querblattfeder 17 im gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich eine
einzelne Federlage (Blatt) aufweist, wäre es gleichermaßen möglich, dass
sie aus mehreren miteinander verbundenen Federlagen besteht.
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Die
Querblattfeder 17 ist hier beispielsweise in Form eines
einstückigen
Strangpressprofils aus einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff wie GFK,
einem Faser-Kunststoff-Verbund
aus in eine Kunststoffmatrix wie Expoxid- oder Polyesterharz eingebetteten
Glasfasern oder CFK-C, einem Faser-Kunststoff-Verbund aus in eine
Kunststoffmatrix wie Expoxidharz eingebetteten Kohlenstofffasern, ausgebildet.
Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe eignen sich aufgrund ihrer hohen
Bruchdehnung in besonderer Weise für die Anwendung in Querblattfedern
und sind aufgrund der geringen Korrosionsneigung und dem niedrigen
Gewicht Querblattfedern aus Federstahl zu bevorzugen.
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Die
Hinterachse 1 umfasst weiterhin an jeder Einzelradaufhängung 2 einen
in Form eines hydraulischen Teleskopdämpfers ausgebildeten Schwingungsdämpfer (Stoßdämpfer) 30 zum
Dämpfen
von Biegeschwingungen der Querblattfeder 17, insbesondere
bei Ein- und Ausfederungsbewegungen der Hinterräder, der sich einerseits am
Fahrzeugaufbau ab stützt,
was nicht näher
dargestellt ist, und andererseits über ein als elastische Schwenklagerbuchse ausgebildetes
Dämpferlager 32 am
Achsschenkel 10 angelenkt ist. Die Schwingungsdämpfer 30 sind
an ihrem mit dem Achsschenkel 10 verbundenen Ende mit einer
gabelförmigen
Struktur, hier als Dämpfergabel 32 bezeichnet,
versehen, durch welche die Querblattfeder 17 hindurch geführt ist.
Auf diese Weise ist es möglich,
dass Kräfte
zwischen Querblattfeder 17 und Achsschenkel 10 einerseits
und zwischen Schwingungsdämpfer 30 und
Achsschenkel 10 andererseits ohne einen Versatz in Fahrzeuglängsrichtung
(x) übertragen
werden können.
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Unter
Bezugnahme auf die 6 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden,
werden lediglich die Unterschiede zu dem in den 1 bis 5 gezeigten
ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben und ansonsten auf die hierzu gemachten Ausführungen
verwiesen.
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In 6 ist
ein Ausschnitt einer Hinterachse 1 eines Kraftfahrzeugs
gezeigt, in dem eine Einzelradaufhängung 2 darstellt
ist, wobei die nicht dargestellte zweite Einzelradaufhängung der
Hinterachse 1 in entsprechender Weise aufgebaut ist.
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Im
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Querblattfeder 17 am Schwingungsdämpfer 30 schwenkbar
befestigt und somit mittelbar am Achsschenkel 10 angebracht.
Zur Befestigung der Querblattfeder 17 an den Schwingungsdämpfern 30 dienen
hängende
Pendelstützen 18,
was in 6 lediglich in schematischer Weise dargestellt
ist. Der Aufbau dieser Pendelstützen 18 und
deren Anlenkung an die Querblattfeder 17 bzw. Schwingungsdämpfer 30 mittels
eines oberen und unteren Pendellagers ist in entsprechender Weise
zum ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung realisiert. Die Pendelstützen 18 sind im Bereich
der Dämpfergabel 31 an einer
Unterfläche 35 eines Dämpferabschnitts 34 des Schwingungsdämpfers 30 angelenkt.
Jede Pendelstütze 18 ist
somit relativ zum Schwingungsdämpfer 30 als
auch relativ zur Querblattfeder 17 schwenkbar.
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Die
Querblattfeder 17 ist in einem mittleren Abschnitt eines
hier in Form eines Querträgers
ausgebildeten Hilfsrahmens 11 mittels Gummikissen befestigt,
was in 7 näher
dargestellt ist. Der für
die Befestigung der Querblattfeder 17 am Hilfsrahmen 11 vorgesehene
Bereich ist durch eine strichpunktierte Linie angedeutet.
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Im
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der Hilfsrahmen 11 aus zwei Rahmenschalen
zusammengesetzt, einer ersten Rahmenschale 36 und einer
zweiten Rahmenschale 37, welche miteinander verbunden sind,
was in 6 nicht näher dargestellt
ist. Die Querblattfeder 17 ist zwischen den beiden Rahmenschalen 36, 37 aufgenommen.
Im eingebauten Zustand sind die beiden flächigen Rahmenschalen 36, 37 zumindest
annähernd
in Fahrzeughochrichtung (z) orientiert, wodurch gegenüber einem
vornehmlich horizontal orientierten Hilfsrahmen wie im ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung in vorteilhafter Weise zusätzlicher Bauraum in Fahrzeuglängsrichtung
(x) zur Verfügung
steht. Der Hilfsrahmen 11 ist direkt mit dem Fahrzeugaufbau verbunden,
beispielsweise über
eine Mehrzahl Schraubverbindungen. Unterhalb des Hilfsrahmens 11 ist
der Verlauf eines Abgasrohrs 33 angedeutet. Denkbar wäre auch,
die Querblattfeder 17 direkt am Fahrzeugaufbau zu befestigen.
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Die
Anlenkung der Querblattfeder 17 am Schwingungsdämpfer 30 hat
den Vorteil, dass die Querblattfeder 17 und der Schwingungsdämpfer 30 gemeinsam
(summarisch) Kräfte
in den Achsschenkel 10 einleiten, so dass der Achsschenkel 10 mit
der resultierenden Gesamtkraft aus beiden Einzelkräften an
einer selben Anlenkstelle beaufschlagt wird. Eine solche Kraftübertragung
kann in kinematischer Hin sicht gegenüber einer Kraftübertragung,
bei der an verschiedenen Stellen Kräfte zwischen Querblattfeder 17 und
Achsschenkel 10 einerseits und Schwingungsdämpfer 30 und
Achsschenkel 10 andererseits übertragen werden, vorteilhaft
sein.
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In 7 ist
die Anbringung der Querblattfeder 17 am Hilfsrahmen 11 in
einer Schnittdarstellung entsprechend einem Vertikalschnitt in Fahrzeuglängsrichtung
(x) gezeigt. Hierbei ist gegenüber dem
Ausführungsbeispiel
von 6 der Hilfsrahmen 11 in einer Variante
ausgeführt
ist, bei der die beiden Rahmenschalen 36, 37 als
obere und untere Rahmenschale ausgebildet sind, welche in zwei Schalenverbindungsabschnitten 38 beispielsweise
durch Schraub- oder Schweißverbindungen
miteinander verbunden ist. Die Querblattfeder 17 ist hierbei
in zwei symmetrisch zur Fahrzeugmitte angeordneten Gummikissen 27 aufgenommen,
die jeweils von der unteren Rahmenschale 37 und einem zwischen
oberer Rahmenschale 36 und Gummikissen 27 angeordneten
Abstandshalter 39 in Position gehalten werden. Die in 7 gezeigte
zweiteilige Gestaltung des Hilfsrahmens 11 mit einer oberen
und unteren Rahmenschale ist in Hinblick auf die Montage vorteilhaft, wobei
zunächst
die obere Rahmenschale 36 am Fahrzeugaufbau befestigt und
anschließend
die Querblattfeder 17 in den Gummikissen 27 durch
Befestigen der unteren Rahmenschale 37 fixiert werden kann.
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In
den Ausführungsbeispielen
der Erfindung ist die Querblattfeder 17 über zwei
Pendelstützen 18 an
die Achsschenkel 10 angelenkt. Die als elastische Schwenklagerbuchsen
ausgebildeten Pendellager 19, 20 der Pendelstützen 18 ermöglichen
eine Schwenkbewegung um die Lagerachse und zumindest in einem geringen
Umfang eine translatorische Bewegung der Pendelstützen 18 parallel
zur Lagerachse. Denkbar wäre
auch, anstelle der Pendelstützen 18,
Rollen- oder Gleitlager zur Anbindung der Querblattfeder 17 an
den Achsschenkeln 10 bzw. Schwingungsdämpfer 30 vorzusehen,
welche einerseits eine Bewegung der Querblattfeder 17 in
Fahrzeugquerrichtung (y) ermöglichen,
andererseits jedoch auch zumindest in geringem Umfang eine translatorische
Bewegung der Querblattfeder 17 in Fahrzeuglängsrichtung
(x) zulassen.
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In
den gezeigten Ausführungsbeispielen kann
durch eine Kombination einer Querblattfeder 17 mit einem
unteren H-Arm-Lenker 3 eine besonders kompakte und leichte
Hinterachse 1 eines Kraftfahrzeugs realisiert werden. Die
ansonsten üblichen Schraubenfedern,
die bei derartigen Hinterachsen entweder freistehend oder gemeinsam
mit dem Schwingungsdämpfer 30 in
Form von Federbeinen ausgeführt
ist, werden durch die Querblattfeder 17 ersetzt, die über Pendelstützen 18 an
die Achsschenkel 10 angelenkt und über einen Hilfsrahmen 11 am Fahrzeugaufbau
gelagert ist. In vorteilhafter Weise wird durch die Schraubenfedern
benötigter
Bauraum frei und kann anderweitig genutzt werden. Ebenso kann einer
möglicher
Weise kritischen Annäherung der
Schraubenfedern an die oberen Querlenker 13 durch die Verwendung
der Querblattfeder 17 begegnet werden. In besonders vorteilhafter
Weise wird eine Belastung der unteren H-Arm-Lenker 3 durch die
Querblattfedern 17 vermieden, wobei die H-Arm-Lenker in
herkömmlicher
Bauart durch die angreifenden Schraubenfedern auf Biegung beansprucht
werden. Die Lagerbuchsen der Lenker können somit in Fahrzeughochrichtung
(z) gezielt abgestimmt werden, beispielsweise um eine Geräuschentwicklung
bei Ein- bzw. Ausfedern der Hinterräder möglichst gering zu halten.
-
- 1
- Hinterachse
- 2
- Einzelradaufhängung
- 3
- unterer
H-Lenker
- 4
- Längslenkerabschnitt
- 5
- Querlenkerabschnitt
- 6
- erstes
Lenkerlager
- 7
- zweites
Lenkerlager
- 8
- drittes
Lenkerlager
- 9
- viertes
Lenkerlager
- 10
- Achsschenkel
- 11
- Hilfsrahmen
- 12
- Radnabe
- 13
- oberer
Querlenker
- 14
- fünftes Lenkerlager
- 15
- sechstes
Lenkerlager
- 16
- Lagerbuchse
- 17
- Querblattfeder
- 18
- Pendelstütze
- 19
- erstes
Pendellager
- 20
- zweites
Pendellager
- 21
- Strebe
- 22
- Klemmschuh
- 23
- gegabelter
Pendelabschnitt
- 24
- stiftförmiger Pendelabschnitt
- 25
- Stützarm
- 26
- Lagerrahmen
- 27
- Gummikissen
- 28
- Gewindestift
- 29
- Mutter
- 30
- Schwingungsdämpfer
- 31
- Gabelstütze
- 32
- Dämpferlager
- 33
- Abgasrohr
- 34
- Dämpferabschnitt
- 35
- Unterfläche
- 36
- erste
Rahmenschale
- 37
- zweite
Rahmenschale
- 38
- Schalenverbindungsabschnitt
- 39
- Abstandshalter