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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugradaufhängung, welche einen Radträger und einen Lenker aufweist, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Kraftfahrzeugradaufhängung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 12.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Kraftfahrzeugradaufhängungen bestehen aus den Anbindungspunkten an die Kraftfahrzeugkarosserie, Lagern, mindestens einem Lenker, einem Federdämpfersystem und einem an dem Lenker befestigten Radträger. Bevorzugt sind die Lenker als Querlenker oder Schräglenker ausgebildet.
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Die Schräglenker, wie sie zum Beispiel bei Nutzfahrzeugen in den meisten Fällen eingesetzt werden, sind als Gussbauteil ausgebildet. Die Gussbauteile werden im Produktionsprozess nach der Herstellung aufwändig mechanisch nachbearbeitet, um den Fertigungstoleranzen der vorgegebenen Achskinematik gerecht zu werden.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Schräglenkern wird die Spur der Achse bzw. des Rads an den Karosserieanbindungspunkten eingestellt. Der Sturz des Rads ist hingegen nicht nachträglich einstellbar. Der jeweils sich einstellende Sturz ist daher abhängig von der Radstellung und dem Weg des ein- bzw. ausgefederten Rads.
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Durch Produktionstoleranzen kann es jedoch bei der Erstmontage des Radträgers zu Veränderungen der gewünschten Sturzeinstellung kommen. Ein falsch eingestellter Sturz hat häufig einen hohen einseitigen Reifenverschleiß und schlechte Fahreigenschaften in Form von reduzierten Seitenführungskräften zur Folge.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei der der Sturz einstellbar ist, wobei die Kraftfahrzeugradaufhängung kostengünstig bei hoher Maßhaltigkeit produzierbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die Aufgabe wird weiterhin mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugradaufhängung, welche einen Radträger und einen Lenker aufweist, wobei der Lenker einen Grundkörper mit daran ausgebildeten Lagerabschnitten besitzt und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Radträger schwenkbar um eine Drehachse an dem Lenker gelagert ist und dass eine im Wesentlichen orthogonal zur Radachse angeordnete Stellschraube den Radträger an einer Aufnahme mit mindestens einer Montageöffnung an dem Lenker fixiert.
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Die erfindungsgemäße Radaufhängung bietet insbesondere den Vorteil, dass der Sturz des Kraftfahrzeugrads individuell einstellbar ist. Eine Voreinstellung kann bereits bei der Erstmontage der Radaufhängung erfolgen, eine weitere individuelle Anpassung bei der Erstmontage der Radaufhängung im Fahrzeug und es können auch bei Wartungsintervallen eine Anpassung des Sturzes eingestellt werden. Weiterhin bietet die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugradaufhängung den Vorteil, dass im Falle eines Unfalls oder aber eines Verstellen des Sturzes dieser jeder Zeit nachkorrigiert werden kann.
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Bei der Kraftfahrzeugradaufhängung kann es sich dabei um eine Anbindung mittels Schräglenker oder aber Verbundlenker handeln. Auch ist es möglich eine Starrachse mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einstellung des Radsturzes auszurüsten. Unter einem Lenker ist daher im Rahmen der Erfindung ein Schräglenker, ein Verbundlenker, ein Querlenker, ein Pushrod, ein Pullrod, eine Starrachse oder eine Mischform aus dem zuvor genannten Achsentypen zu verstehen. Vorzugsweise ist der Lenker erfindungsgemäß als Schräglenker ausgebildet.
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Insbesondere findet sich die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugradaufhängung im Einsatzgebiet bei leichten Nutzfahrzeugen. Sie kann aber auch bei jedem anderen Kraftfahrzeug zu Einsatz kommen. Die Befestigung des Radträgers erfolgt erfindungsgemäß an einer an einem Schräglenker angeordneten Drehachse. Um die Drehachse ist der Radträger schwenkbar gelagert. Die Drehachse kann sich bezogen auf das Fahrzeugkoordinatensystem oberhalb oder aber auch unterhalb des Schräglenkers befinden. Eine zweite Befestigungsvorrichtung bildet die Einstellschraube. Die Einstellschraube greift durch Montageöffnungen eines gabelförmigen Kopfs des Schräglenkers und fixiert nach der Einstellung des Radsturzes die Position. Der Radträger ist so, bezogen auf den Lenker, lagefixiert.
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Vorzugsweise sind die Montageöffnungen als Langlöcher ausgebildet. Die Langlöcher zeigen dabei bezogen auf das Fahrzeugkoordinatensystem in Y-Richtung. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass die Sturzeinstellung durch Schwenken des Radträgers um die Drehachse, die im Wesentlichen parallel zur Kraftfahrzeug-X-Achse zeigt, erfolgt. Die Einstellschraube durchgreift die Langlöcher und bildet damit die obere und untere Begrenzung jeweils am Endanschlag des Langlochs für die Einstellmöglichkeit des Radsturzes. Über den gesamten Weg des Langlochs ist jedoch der Radsturz bei der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugradaufhängung einstellbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der Lenker als Hybridbauteil aus mehreren Einzelbauteilen gebaut. Hierbei besteht der Lenker aus mindestens zwei Einzelteilen. Dabei kann es sich um Pressschalen, Rohre, Hülsen, Flansche und/oder Verstärkungen handeln. Vorzugsweise sind die zuvor genannten Komponenten miteinander gekoppelt. Die Koppelung erfolgt dabei erfindungsgemäß stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig. Als bevorzugte Werkstoffe werden Stahl, Eisen, Aluminium, Magnesium, sich daraus ergebene Legierungen, GFK und/oder CFK verwendet.
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Die Bauteile können dabei geschmiedet, gegossen, als Halbzeuge verwendet oder auf andere Weise hergestellt sein. Der so hergestellte Schräglenker bietet insbesondere den Vorteil, dass er besonders kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin weist ein erfindungsgemäßer Schräglenker ein besonders geringes spezifisches Eigengewicht auf, der ihn von marktüblichen Gussschräglenkern abgrenzt. Der Schräglenker gehört noch zu der Summe der ungefederten Radmassen und es ist daher im Kraftfahrzeugbau ein besonders leichter Schräglenker präferiert.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist ein Lagerbauteil zur Aufnahme der Einstellschraube an dem Grundkörper vorgesehen. Bei dem Lagerbauteil kann es sich im Falle eines massiven Lenkers um einen Lagerabschnitt handeln, der eine Führungsbohrung für die Einstellschraube aufweist. Im Falle eines gebauten Schräglenkers kann es sich bei dem Lagerbauteil um ein massives Bauteil handeln, dass zur Aufnahme der Einstellschraube mit dem Lenker stoffschlüssig gekoppelt ist. Die Koppelung kann dabei wiederum stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig erfolgen. Das Lagerbauteil kann vorzugsweise auch als Blechbauteil, Schmiedebauteil und/oder Schweißkonstruktion ausgebildet sein. Weiterhin kann das Lagerbauteil auch aus einem Verbundwerkstoff hergestellt sein. Durch das Herstellen eines speziellen Lagerabschnittes und/oder die Koppelung eines separaten Lagerbauteils mit dem Lenker ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass bereits im Produktionsprozess eine Voreinstellung des Radsturzes vornehmbar ist. Durch die Einstellung des Radsturzes mit der Einstellschraube selber folgt dann eine weitere Justierung.
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Vorzugsweise ist zur Fixierung der Einstellung des Radsturzes eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Radträger, Einstellschraube und Lagerbauteil ausbildbar. Nach Einstellung des Radsturzes durch Schwenken des Radträgers um die Drehachse des Schräglenkers, wird die Sturzeinstellung über die Einstellschraube fixiert. Die Fixierung erfolgt dabei vorzugsweise durch kraftschlüssige Verbindung, durch Anziehen der Einstellschraube und Verklemmen der gabelförmigen Aufnahme mit dem Lagerbauteil. Eine so hergestellte Verbindung zur Fixierung der Sturzeinstellung bietet den Vorteil, dass sie mechanisch einfach herstellbar ist, eine geringe Fehlerunanfälligkeit aufweist und im Falle der Notwendigkeit der Nachjustierung des Radsturzes besonders einfach lösbar und wieder neu justierbar ist.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist die Einstellschraube als Exzenterschraube ausgebildet. Hierbei kann es sich um eine Exzenterschraube handeln, die einen Außendurchmesser aufweist, der exzentrisch zu der Drehachse der Schraube selbst angeordnet ist. Durch Verdrehen der Exzenterschraube erfolgt somit eine Führung der Montageöffnungen und dadurch hervorgerufen eine Einstellung des Radsturzes. Nach gewünschter Einstellung wird die Exzenterschraube angezogen und führt somit eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Radträger, Lageraufnahme und Exzenterschraube herbei.
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Eine Exzenterschraube bietet insbesondere den Vorteil, dass eine Feinabstimmung und/oder eine Nachjustierung des Radsturzes für einen Monteur besonders einfach durchführbar ist, da er exakt die gewünschte Radspur über Verdrehen der Schraube einstellen kann und diese danach direkt fixierbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sind Lagerbleche zur Aufnahme des Radträgers an dem Grundkörper des Lenkers gekoppelt. Die Koppelung erfolgt vorzugsweise stoffschlüssig. Die Lagerbleche nehmen dabei den Radträger so auf, dass zwischen den Lagerblechen und dem Radträger die Drehachse entsteht. Die Koppelung der Lagerbleche an dem Lenker erfolgt dabei besonders bevorzugt mittels stoffschlüssigem Koppelungsverfahren. Die Lagerbleche selbst können dabei als Blechbauteil, Fräsbauteil, Gussbauteil und/oder in anderer Produktionsform ausgebildet sein.
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Die Lagerbleche können aus Stahl oder aber auch aus Verbundwerkstoff hergestellt sein. Zur Koppelung mit dem Radträger sind Bolzen, beispielsweise in Form von Gewindeschrauben mit Lagerabschnitten auf der Schraube einsetzbar. Hierbei ist es erfindungsgemäß auch vorstellbar, dass die Öffnungen an den Lagerblechen, zur Aufnahme der Bolzen auch Langlöcher besitzen. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass eine weitere Feinjustage der Sturzeinstellung auch im Bereich der Drehachse vornehmbar ist. Die Koppelung kann aber auch mit einem Steckbolzen oder ähnlichem erfolgen. Die Lagerbleche bieten insbesondere den Vorteil, dass der Lagerbereich mit optimierten Spannungsverlauf und/oder Kraftverlauf ausgebildet werden kann, bei gleichzeitig geringem Gewicht. Die Lagerbleche können dabei an dem Lenker so angeordnet werden, dass diese bereits in einer innerhalb der Fertigungstoleranz liegenden Geometrie liegen. Eine Nachbearbeitung der Lagerbleche bzw. der Positionierung der Drehachse kann somit entfallen.
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Vorzugsweise ist der Grundkörper des Lenkers als Blechbauteil ausgebildet. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass der Lenker besonders kostengünstig und effektiv hergestellt werden kann. An das Blechbauteil können weiterhin Rohre, Lagerzapfen, Lagerbleche, das Lagerbauteil und ähnliche Bauteile besonders einfach mit einer hochfesten Verbindung, beispielsweise durch stoffschlüssiges Verbinden, angebunden werden. Weiterhin bietet die Ausführungsvariante als Blechbauteil die Möglichkeit den Grundkörper warm umzuformen und presszuhärten. In Bezug auf die Festigkeit und das geringe spezifische Gewicht bildet der Grundkörper somit ein Optimum zwischen Fertigungsgenauigkeit, Festigkeit und kostengünstiger Herstellung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist eine Federaufnahme an dem Grundkörper des Lenkers und an das Lagerblech gekoppelt. Dies bietet den Vorteil, dass die Kraftfahrzeugkarosserie sich über die Feder an dem Lenker abstützt. Die Koppelung der Federaufnahme mit an das Lagerblech zur Aufnahme des Radträgers bietet somit einen optimalen Kraft- und/oder Spannungsverlauf zur Übertragung der statischen und dynamischen Radkräfte.
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Vorzugsweise sind die Lagerabschnitte zumindest teilweise als Rohrbauteile mit Lagerflanschen ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass an dem Grundkörper die Lagerabschnitte durch Lagerflansche, die mit dem Grundkörper über Rohrbauteile verbunden sind, für die jeweiligen kinematischen Koppelungsanforderungen ausgelegt werden können. Dies ermöglicht eine hohe Bandbreite an möglichen geometrischen Formen eines erfindungsgemäßen Lenkers.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin durch eine Kraftfahrzeugradaufhängung, welche einen Radträger und einen Lenker aufweist, wobei der Lenker einen Grundkörper mit daran ausgebildeten Lagerabschnitten besitzt, gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Radträger schwenkbar um eine Drehachse an dem Lenker gelagert ist und dass ein aktives Stellelement zwischen Radträger und Lenker angeordnet ist, wobei das aktive Stellelement den Radträger um die Drehachse schwenkt.
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Im Rahmen der Erfindung kann die Ausführungsvariante einer Kraftfahrzeugradaufhängung, bei der der Radträger an dem Lenker über ein aktives Stellelement befestigt ist, auch Teilmerkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsvariante einer Kraftfahrzeugradaufhängung aufweisen, bei der die Koppelung von Radträger und Lenker über eine Stellschraube erfolgt. Vorteilhaft ist unter einem aktiven Stellelement ein Längsaktuator zu verstehen, der beispielsweise ein elektromechanischer Spindelantrieb, ein hydraulischer, pneumatischer und/oder magnetischer Aktuator sein kann. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch vorstellbar, jede andere Form eines aktiven Stellelements einzusetzen.
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Erfindungsgemäß bietet diese Ausführungsvariante insbesondere den Vorteil, dass die Sturzeinstellung aktiv während des Betriebs des Kraftfahrzeugs oder aber im Stillstand vorgenommen werden kann. Durch permanente oder diskontinuierlich durchgeführte sensortechnische Erfassung des Radsturzes und Übermittlung der Daten an ein Steuergerät kann die Radsturzeinstellung über das aktive Stellelement verändert werden. Denkbar ist, dass die Radsturzeinstellung beispielsweise im Bereich eines Nutzfahrzeugs an den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs angepasst wird.
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Auch ist es vorstellbar, dass das aktive Stellelement die Radsturzeinstellung während der Fahrt vornimmt. So kann beispielsweise bei einer Kurvenfahrt durch Verstellung des Radsturzes eine erhöhte Seitenführungskraft hervorgerufen werden, wenn diese benötigt wird. Hierbei ist es im Rahmen der Erfindung wiederum vorstellbar, beispielsweise auf Daten eines elektronischen Stabilitätsprogrammssteuergeräts zurückzugreifen. Im Falle des Übersteuern eines Kraftfahrzeugs kann somit durch Änderung der Sturzeinstellung eine erhöhte Seitenführungskraft hervorgerufen werden, die wiederum eine erhöhte Sicherheit der Fahreigenschaft des Fahrzeugs hervorruft. Die aktive Sturzeinstellung kann dabei auch in Zusammenarbeit mit Bremseingriffen eines Stabilitätsprogramms erfolgen.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, bevorzugte Ausführungsformen anhand der schematischen Zeichnungen. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugradaufhängung und
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2 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Radaufhängung,
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3 eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Radaufhängung in einer Explosionsdarstellung und
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4 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Radaufhängung.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei entsprechende oder vergleichbare Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt eine Kraftfahrzeugradaufhängung 1 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Die Kraftfahrzeugradaufhängung 1 weist einen Radträger 2, der über Lagerbleche 3 und ein Lagerbauteil 4 mit einem Lenker 5 verbunden ist, auf. Der Radträger 2 weist zwei längliche Arme 6 auf, die jeweils an ihren Enden 7 über einen Bolzen 8 mit den Lagerblechen 3 gekoppelt sind. Die Lagerbleche 3 sind mit dem Lenker 5 über ein stoffschlüssiges Koppelungsverfahren verbunden. Die Lagerbleche 3 sind im Wesentlichen L-förmig ausgebildet und weisen an ihren Enden 3 jeweils eine hier nicht einsehbare Öffnung zur Aufnahme der Bolzen 8 auf. Die Bolzen 8 bilden dabei eine Drehachse 9, um die der Radträger 2 relativ zu dem Lenker 5 schwenkbar ist. Die Schwenkbewegung erzeugt eine Einstellung des Winkels α, der der Sturzeinstellung α des Rads entspricht.
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Der Radträger 2 ist weiterhin über eine Einstellschraube 10 mit einem Lagerbauteil 4 an dem ausschnittsweise gezeigten Lenker 5 gekoppelt. Der Radträger 2 weist dazu einen gabelförmigen Kopf 11 mit hier nicht dargestellten Montageöffnungen 12 auf. Die Einstellschraube 10 ist durch die Montageöffnungen 12 und durch das Lagerbauteil 4 gesteckt und fixiert den Radträger 2 durch kraftschlüssige Verbindung mit dem Lenker 5. Die Einstellschraube 10 ist dabei im Wesentlichen orthogonal zu der Radachse R angeordnet. Ein Lagerblech 3 ist weiterhin mit einer Federaufnahme F gekoppelt. Die Federaufnahme F ist ebenfalls auch an den Lenker 5 gekoppelt.
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2 zeigt die Kraftfahrzeugradaufhängung 1 in einer Explosivdarstellung. Hierbei sind die Montageöffnungen 12 an dem gabelförmigen Kopf 11 des Radträgers 2 gezeigt. Die Montageöffnungen 12 sind in Form eines Langlochs ausgebildet. Das Lagerbauteil 4 weist ebenfalls ein Montageloch 13 auf. Die Einstellschraube 10 ist in Form einer Exzenterschraube ausgebildet. An dem Einstellschraubenkopf 10a und auch an einer Einstellschraubenunterlegscheibe 10b sind jeweils nach innen zeigend kugelabschnittsförmige Oberflächen 14 ausgebildet, deren Mittelachse 15 exzentrisch zu der Mittelachse 16 der Einstellschraube 10 verlaufend ausgebildet sind. Durch Verdrehen der Einstellschraube 10 dreht sich somit auch die zur Einstellschraube 10 exzentrisch versetzte kugelabschnittsförmige Oberfläche 14 am Einstellschraubenkopf 10a und an der Einstellschraubenunterlegscheibe 10b, die wiederum die Montageöffnungen 12 des Radträgers 2 in eine bestimmte Position bewegen. Hierdurch ist eine Einstellung der Sturzeinstellung α vornehmbar. Hat der Radträger 2 die gewünschte Sturzeinstellung α eingenommen, ist diese Position durch Fixierung über die Einstellschraube 10 mit der Einstellschraubenmutter 10c festlegbar.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, wobei bei der 3 der gabelförmige Kopf 11 an dem Lenker 5 selbst ausgebildet ist. In der hier gezeigten Ausführungsvariante ist der gabelförmige Kopf 11 mit in die Lagerbleche 3 integriert. Hierdurch ergibt sich ein besonders vorteiliger Kraftfluss seitens der Radführungskräfte übertragen über den Radträger 2 in den Lenker 5. Das Lagerbauteil 4 ist bezogen auf die Bildebene an der Unterseite des Radträgers 2 ausgebildet. Ebenfalls dargestellt ist die Einstellschraube 10 sowie die Einstellschraubenunterlegscheibe 10b und die Einstellschraubenmutter 10c.
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Zu erkennen sind weiterhin Nuten 17 auf der Einstellschraube 10. In die Nuten 17 der Einstellschraube 10 greifen Nasen 18 der Einstellschraubenunterlegscheibe 10b. Durch Verdrehen der Einstellschraube 10 dreht sich durch einen formschlüssigen Eingriff von Nuten 17 und Nasen 18 die Einstellschraubenunterlegscheibe 10b ebenfalls mit. Relativ hierzu ist die Einstellschraubenmutter 10c verdrehbar, um eine kraftschlüssige Fixierung der Sturzeinstellung α durch Spannen der Einstellschraube 10 zu erzeugen.
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Weiterhin ist in 3 am Ende 7 der Lagerbleche 3 die jeweilige Montageöffnung 12 als Langloch ausgebildet. Der Lenker 5 ist in einem Grundkörperbereich 19 mit daran angebundenen Lagerabschnitten 20 unterteilt. Weiterhin ist an dem Grundkörperbereich 19 die Federaufnahme F gekoppelt.
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4 zeigt eine weitere Detailseitenansicht der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugradaufhängung 1. Die auf die Bildebene bezogene untere Montageöffnung 12 ist als Langloch ausgebildet. Das Langloch tangiert dabei einen Wirkkreis W, der um die Drehachse 9 verläuft. Das Langloch kann auch an den Radius r des Wirkkreises W über seinen Verlauf angepasst sein, so dass das Langloch eine leichte Krümmung aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeugradaufhängung
- 2
- Radträger
- 3
- Lagerblech
- 4
- Lagerbauteil
- 5
- Lenker
- 6
- Arme
- 7
- Ende zu 3.
- 8
- Bolzen
- 9
- Drehachse
- 10
- Einstellschraube
- 10a
- Einstellschraubenkopf
- 10b
- Einstellschraubenunterlegscheibe
- 10c
- Einstellschraubenmutter
- 11
- gabelförmiger Kopf
- 12
- Montageöffnung
- 13
- Montageloch
- 14
- kugelabschnittsförmige Oberfläche
- 15
- Mittelachse
- 16
- Mittelachse zu 10.
- 17
- Nut
- 18
- Nase
- 19
- Grundkörperbereich
- 20
- Lagerabschnitt
- α
- Sturzeinstellung
- R
- Radachse
- F
- Federaufnahme
- E
- Exzentrizität
- r
- Radius
