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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stabilisator für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen mit einem derartigen Stabilisator ausgestatteten Kraftwagen.
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Zur Verbesserung der Straßenlage sind moderne Kraftwagen typischerweise mit einem in der Fahrwerkstechnik als Stabilisator bekannten Federelement ausgerüstet, das gegenüberliegende Räder des Kraftwagens mittels kurzer Hebel und einer Drehfeder verbindet. Bei einem konventionellen Stabilisator wird die gewünschte Federwirkung dabei durch die Verdrehung von oft runden Drehstäben erreicht. Der Mittelteil des Stabilisators ist hierzu drehbar an einer Karosserie des Kraftwagens, die abgewinkelten Enden, die als Hebel wirken, über Gummielemente an seinen Radaufhängungen, beispielsweise Querlenkern, angebracht.
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Beim Anheben eines Rades wird über die Verdrehung eines derartigen Federelements das gegenüberliegende Rad ebenfalls angehoben, beim Absenken gleichermaßen gesenkt. Dadurch vermag ein gattungsgemäßer Stabilisator bei Kurvenfahrten einem Wanken der Karosserie entgegenzuwirken. Aus Gründen der Fahrsicherheit und Beladbarkeit wird dabei häufig eine relativ harte und vorzugsweise höhenkorrigierende Achsfederung gewählt. Besonders bei Verwendung luftgefederter Hinterachsen weist der Stabilisator typischerweise eine gegenüber stahlgefederten Hinterachsen erhöhte Steifigkeit auf, da die Federelemente in diesem Fall in Querrichtung des Kraftwagens oft in geringerem Abstand angeordnet sind.
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Problematisch ist dabei das Fahrverhalten des Kraftwagens vor allem in unwegsamem Gelände. Hier führt eine erhöhte Stabilisierung durch die verminderte Verschränkungsfähigkeit der Hinterachsen im Einzelfall zu einem Abheben einzelner Räder vom Untergrund. Dadurch wiederum wird die im normalen Betriebszustand angestrebte kraftschlüssige Verbindung zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche kurzzeitig getrennt. Ein solches Abheben birgt somit zahlreiche Risiken und kann insbesondere zu Beeinträchtigung oder Verlust des Lenk- und Bremsvermögens des Kraftwagens führen. Besonders ausgeprägt tritt dieser Nachteil bei Gruppen von zwei oder mehr benachbarten Hinterachsen auf. Solche Anordnungen werden unter Einschließung von Konfigurationen mit mehr als zwei Achsen, etwa sogenannten Drillings- oder Vierlingsachsen, im Folgenden als Tandemachsen bezeichnet. Tandemachsen finden beispielsweise Verwendung bei Lastkraftwagen, Omnibussen, Tragrückeschleppern, Panzern und Fahrzeuganhängern verschiedenster Bauart, um deren Nutzlast oder Tragfähigkeit zu erhöhen.
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Im Hinblick auf geländegängige Nutzfahrzeuge mit einem solchen Achsenkomplex schlägt
WO/2012/060745 mit dem Ziel einer optimierten Achsfederung eine Anordnung zweier Stabilisatoren vor, die in ihrem jeweiligen Endbereich unmittelbar mit dem Rahmen verbunden sind. Andererseits sind beide Stabilisatoren an einer gemeinsamen Hebeleinheit angebracht, welche ein Drehgelenk mit einer Drehachse aufweist, die bezüglich des Rahmens quer zu dem Achsenkomplex angeordnet ist.
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Auch
JP2000289426A befasst sich mit der Verbesserung der Lastverteilung insbesondere bei als Hinterachsen ausgeführten Tandemachsen, bei welchen jeder der beiden Achskörper durch einen Stabilisator mit einem Rücken und zwei mit den Achskörpern verbundenen Schenkeln stabilisiert wird. Dabei wird vorgeschlagen, vier senkrecht aufragende Verbindungsstangen drehbar am jeweils unteren Ende beider Stabilisatorrücken oder an freien Enden der vier entsprechenden Stabilisatorschenkel zu lagern. Weiterhin sind zwei Ausgleichsstangen vorgesehen, die jeweils in ihrem mittleren Bereich drehbar an einem Karosserierahmen gelagert zwischen den Achskörpern verlaufen und in ihrem Endbereich ihrerseits jeweils ein oberes Ende einer Verbindungsstange drehbar lagern.
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Ein Nachteil dieses Ansatzes liegt in der undefinierten Ausrichtung der beiden Stabilisatoren, welche durch ihre drehbare Lagerung grundsätzlich jede beliebige Orientierung einnehmen können. Im ungünstigsten Fall mag das zu einer solchen Stellung der Anordnung führen, bei der die Schenkel zumindest eines Stabilisators sich dauerhaft dem Untergrund zuwenden. In diesem Szenario droht ein derartiger Verlust an Bodenfreiheit des entsprechend ausgerüsteten Kraftwagens, dass durch dessen Aufsetzen auf unebener Fahrbahn einer der Stabilisatoren und über diesen womöglich weitere Bestandteile des Fahrwerks in Mitleidenschaft gezogen werden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Stabilisator sowie für einen mit einem Stabilisator ausgestatteten Kraftwagen verbesserte Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine hohe Fahrstabilität bei geringem Risiko von Beschädigungen im Betrieb auszeichnen.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Wankstabilisatoren eines Hinterachstandems über Umlenkwippen miteinander zu verbinden, die über Torsionsfedern am Rahmen des Kraftwagens gelagert sind. Dieses Konzept einer elastischen Befestigung der Umlenkwippen am Rahmen kombiniert die Vorzüge einer optimierten Stabilisierung zugunsten einer verbesserten Traktionsfähigkeit des erfindungsgemäß ausgestatteten Kraftwagens mit jenen einer kontrollierten Einschränkung der Drehungsfreiheit der Umlenkwippen, die mittels der vorgesehenen federnden Befestigung am Rahmen ohne Einwirkung äußerer Kräfte in ihre definierte Grundstellung zurückkehren können.
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Jede Torsionsstange kann dabei U-förmig mit einem Rücken und zwei Schenkeln ausgebildet sein, wobei der Rücken zumindest eines der Schenkel die Verbindung der Torsionsstange mit dem ihr zugeordneten Achskörper herstellt. Diese Konfigurationsalternativen ermöglichen die flexible Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Stabilisators, um Letzteren an unterschiedlichste Achsanordnungen anpassen zu können, und erlauben dem Fachmann eine Optimierung des Herstellungsprozesses unter fertigungspraktischen Erwägungen.
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Ein mit einem erfindungsgemäßen Stabilisator ausgestatteter Kraftwagen kann zumindest einen der Achskörper mittels eines Längslenkers führen. Eine derartige Radaufhängung erlaubt durch ihren in Längsrichtung des Kraftwagens ausgerichteten Lenker eine optimale Abstützung von etwaigen Längskräften, die im Fahrbetrieb des Kraftwagens auf den oder die geführten Achskörper einwirken mögen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist ferner ein Dreieckslenker vorgesehen, der Funktionen eines Längs-, Schräg- oder Querlenkers in einem Bauteil vereint. Die so entstehenden zusätzlichen Rotationsachsen der Radaufhängung gestatten deren elastische Federung in mehreren Richtungen bei gleichzeitiger Begrenzung des Risikos unerwünschter Verdrehungen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigt
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1 eine stark vereinfachte, prinzipiell perspektivische Darstellung des Fahrwerks eines erfindungsgemäß stabilisierten Kraftwagens.
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Entsprechend 1 umfasst ein Kraftwagen 80 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Hinterachstandem, das sich aus einem ersten, in Fahrtrichtung 90 vorderen Achskörper 10a und einem zweiten, in Fahrtrichtung 90 hinteren Achskörper 10b zusammensetzt. Die Achskörper 10a, 10b sind mittels Längslenkern 20a, 20b, 20c, 20d und Dreieckslenkern 30a, 30b geführt. Dabei ist der erste Achskörper 10a im Bereich seines in Fahrtrichtung 90 rechten Endes mittig mit einem ersten Rad 1a, im Bereich seines gegenüberliegenden, in Fahrtrichtung 90 linken Endes mittig mit einem zweiten Rad 1b des Kraftwagens 80 verbunden. In entsprechender Weise ist der zweite Achskörper 10b an jedem seiner Enden mit einem dritten Rad 1c und einem vierten Rad 1d gepaart. Zudem ist der erste Achskörper 10a mit einem ersten Längslenker 20a, einem zweiten Längslenker 20b und einem ersten Dreieckslenker 30a, der zweite Achskörper 10b mit einem dritten Längslenker 20c, einem vierten Längslenker 20d und einem zweiten Dreieckslenker 30b versehen.
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Der in Fahrtrichtung 90 vordere Achskörper 10a ist zudem mit einer im Wesentlichen U-förmigen ersten Torsionsstange 40a versehen, welche im Bereich ihres Rückens drehbar am ersten Achskörper 10a befestigt ist. In einer alternativen, in 1 nicht gezeigten Ausführungsform kann die Befestigung anstelle des Rückens der ersten Torsionsstange 40a an den diese seitlich einschließenden Schenkeln vorgesehen sein. Entsprechendes gilt für den in Fahrtrichtung 90 hinteren Achskörper 10b, der mit einer analog geformten zweiten Torsionsstange 40b ausgestattet ist, welche vorliegend im Bereich ihres Rückens drehbar am zweiten Achskörper 10b befestigt ist.
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An seinen in der gezeigten Ausführungsform als Lagerstelle frei bleibenden Schenkeln ist die erste Torsionsstange 40a in einem Winkel von näherungsweise 90° mit Koppelstangen 50a, 50b verbunden, wobei eine erste Koppelstange 50a auf der in Fahrtrichtung 90 des Kraftwagens 80 rechten Seite des Fahrwerks und eine zweite Koppelstange 50b auf der in Fahrtrichtung 90 linken Seite des Fahrwerks – etwa mittels eines Gummilagers oder Kugelgelenks – mit dem jeweiligen Ende des Schenkels verbunden ist. In gleicher Weise sind die Schenkel der zweiten Torsionsstange 40b im beschriebenen annähernd rechten Winkel mit weiteren Koppelstangen 50c, 50d verbunden, wobei eine dritte Koppelstange 50c auf der in Fahrtrichtung 90 des Kraftwagens 80 rechten Seite des Fahrwerks und eine vierte Koppelstange 50d auf der in Fahrtrichtung 90 linken Seite des Fahrwerks – abermals mittels eines Gummilagers oder Kugelgelenks – mit dem jeweiligen Ende des Schenkels verbunden ist.
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Von besonderer Relevanz ist vorliegend die Anbringung der Koppelstangen 50a, 50b, 50c, 50d. Im Gegensatz zu jenen konventioneller Stabilisatoren sind diese im Fall des erfindungsgemäßen Stabilisators nicht etwa unmittelbar am Rahmen des Kraftwagens 80 angebracht, sondern im Fall der ersten Koppelstange 50a und der dritten Koppelstange 50c mit einer ersten, in Fahrtrichtung 90 rechten Umlenkwippe 60a und im Fall der zweiten Koppelstange 50b und der vierten Koppelstange 50d mit einer zweiten, in Fahrtrichtung 90 linken Umlenkwippe 60b verbunden.
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Die Umlenkwippen 60a, 60b sind dabei jeweils in einem mittleren Bereich ihrerseits starr mit beidseitig angeordneten Torsionsfedern 70a, 70b verbunden und über diese Torsionsfedern 70a, 70b drehbar am – in der Figur nicht dargestellten – Rahmen des Kraftwagens 80 gelagert. Die Umlenkwippen 60a, 60b bilden somit mechanische Hebel, wobei der Drehpunkt jeder Umlenkwippe 60a, 60b näherungsweise mit dem Angelpunkt des von ihr gebildeten Hebels übereinstimmt. Bei Einwirken von über einen Stabilisator und eine oder mehrere der Koppelstangen 50a, 50b, 50c, 50d übertragenen, im Fahrbetrieb des Kraftwagens 80 auf die jeweilige Umlenkwippe 60a, 60b ausgeübten Kräften vermögen sich diese somit relativ zum Fahrwerk um ihren jeweiligen Unterstützungspunkt zu drehen.
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Derartige Kräfte können insbesondere bei kurviger Fahrt auftreten und die Achskörper 10a, 10b um die Längsachse des Kraftwagens 80 relativ zum Rahmen verdrehen. In diesem Fall werden bei gleicher Steifigkeit beider Stabilisatoren diese auch in vergleichbarem Maße tordiert, sodass auch die über jedes Koppelstangenpaar 50a, 50c; 50b, 50d übertragenen Kräfte ähnlich groß sind und im Wesentlichen in dieselbe Richtung wirken. Eine nennenswerte Verdrehung der Umlenkwippen 60a, 60b tritt in diesem Szenario daher in der Regel nicht auf.
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Wird dagegen im Fahrbetrieb des Kraftwagens 80 ein Fahrbahnhindernis mit lediglich einem einzelnen Rad, beispielsweise dem zweiten Rad 1b, überfahren, so verdreht sich der erste Achskörper 10a um die Längsachse des Kraftwagens 80 relativ zum Rahmen. Dies geht mit einer Verdrehung der ersten Torsionsstange 40a einher, die wiederum eine über deren Schenkel auf die erste Koppelstange 50a und die zweite Koppelstange 50b wirkende Rückstellkraft entstehen lässt. Da das vierte Rad 1d, welches in Fahrtrichtung 90 betrachtet hinter dem zweiten Rad 1b und ebenfalls auf der linken Seite des Fahrwerks angeordnet ist, im vorliegenden Szenario nicht oder nur unwesentlich einfedert, tritt im Regelfall jedoch keine signifikante Torsion der zweiten Torsionsstange 40b ein, welche somit keine Kraft auf die dritte Koppelstange 50c und die vierte Koppelstange 50d überträgt. Die Umlenkwippen 60a, 60b sind daher an einer Verdrehung nicht gehindert. Diese verteilen den Verdrehwinkel der ersten Torsionsstange 40a jedoch im Wesentlichen gleichmäßig auf beide Stabilisatoren, wodurch sich auch die ausgeübte Rückstellkraft auf etwa den halben Wert reduziert. Auf diese Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Konfiguration des Fahrwerks eine gegenüber herkömmlichen Anordnungen verbesserte Anpassungsfähigkeit des entsprechend ausgestatteten Kraftwagens 80 an Unebenheiten der Fahrbahn.
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Zusätzlich zur beschriebenen, durch die Torsionsstangen 40a, 40b selbst ausgeübten Rückstellkraft tritt eine solche auch in den erfindungsgemäßen Torsionsfedern 70a, 70b ein. Bei einer bevorzugten, relativ weichen Einstellung der Torsionsfedern 70a, 70b bleibt die von diesen erzeugte Rückstellkraft indes deutlich hinter jener der Torsionsstangen 40a, 40b zurück. Insofern ist die primäre Funktion der Torsionsfedern 70a, 70b nicht etwa in einer Begrenzung des Verdrehwinkels der Umlenkwippen 60a, 60b, sondern vielmehr in der Festlegung einer vorgegebenen Neutralstellung für diese zu sehen. Ergänzend kann eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mechanische Anschläge der Umlenkwippen 60a, 60b umfassen, die deren Verdrehung auf einen geeigneten Maximalwinkel begrenzen.
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Eine ähnlich verminderte Torsion des Stabilisators und entsprechend geringe Rückstellkraft stellen sich aufgrund der vorgeschlagenen Umlenkwippen 60a, 60b ein, wenn sich der erste Achskörper 10a und der zweite Achskörper 10b näherungsweise gleichmäßig gegeneinander verschränken. Auch in diesem Fall passen sich beide Achskörper 10a, 10b somit vorteilhaft dem befahrenen Terrain an. Lediglich die Torsionsfedern 70a, 70b üben dabei eine – gleichwohl vergleichsweise geringe – Rückstellkraft auf die Achskörper 10a, 10b aus, die die Traktion des Kraftwagens in aller Regel jedoch nicht gefährdet.
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Federn hingegen etwa beide Räder 1a, 1b des ersten Achskörpers 10a in etwa gleichmäßig ein, so wird die Torsionsstangen 40a in ihren Lagerpunkt am Achskörper 10a verdreht, aber nicht in nennenswertem Ausmaß tordiert. Entsprechendes gilt im Fall einer Federbewegung des zweiten Achskörpers 10b.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/060745 [0005]
- JP 2000289426 A [0006]
