DE102013206834A1

DE102013206834A1 - Gelenkverbindung zur Übertragung einer Lenkbewegung auf ein Rad eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102013206834A1
Application number: DE201310206834
Authority: DE
Inventors: Edmund Halfmann; Thomas Gerhards; Marc Simon
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2014-10-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gelenkverbindung (1) zur Übertragung einer Lenkbewegung auf ein Rad eines Fahrzeuges. Diese umfasst einen Achsschenkel (2), mit welchem das Rad koppelbar ist sowie einen mit dem Achsschenkel (2) verbundenen Lenkhebel (3), welcher zur Aufnahme und Übertragung der Lenkbewegung auf den Achsschenkel (2) vorgesehen ist. Der Lenkhebel (3) ist biegsam ausgebildet, so dass dieser gegenüber dem Achsschenkel (2) elastisch auslenkbar ist. Erfindungsgemäß weist der Lenkhebel (3) einen gekrümmten Hebelabschnitt (9) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gelenkverbindung zur Übertragung einer Lenkbewegung auf ein Rad eines Fahrzeuges gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie einen biegsamen Lenkhebel für eine solche Gelenkverbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 10.
Bei mehrachsigen schienenungebundenen Kraftfahrzeugen wird die Fahrtrichtung durch die Stellung der Räder zueinander vorgegeben. Richtungsänderungen werden zunächst über eine Lenkbewegung eingeleitet, in deren Folge die Stellung der Räder zueinander verändert wird. In modernen Fahrzeugen wird erwartet, dass diese bei Kurvenfahrten mit geringer bis mittlerer Geschwindigkeit ein agiles und leichtgängiges Handling zulassen. Demgegenüber soll bei hohen Geschwindigkeiten ein Höchstmaß an Stabilität gewährleistet bleiben. Dies ist wichtig, da ein zu direktes Lenkverhalten hier schnell zu kritischen oder gar unbeherrschbaren Fahrzuständen führen kann.
Für das Fahrverhalten ist es daher besonders bei vier- und mehrrädrigen Fahrzeugen von Bedeutung, bei welcher Geschwindigkeit die Lenkbewegung erfolgt. In diesem Zusammenhang gilt es, eine geeignete Abstimmung zwischen Agilität und Stabilität zu finden, um die hohen Anforderungen an Agilität, Komfort und Sicherheit zu erfüllen. Hierbei handelt es sich grundsätzlich um einen Kompromiss, welcher für gewöhnlich aus einer niedrigen Lenkübersetzung (Agilität) und einer erhöhten Tendenz zur untersteuernden Auslegung des Fahrzeuges besteht (Stabilität).
Speziell Vorderrad getriebene Fahrzeuge weisen ein nur begrenztes Potenzial zum Untersteuern auf. Dies ist bauartbedingt, da deren Lenkgetriebe zumeist hinter dem Mittelpunkt der Vorderräder platziert ist. Weitere Lösungen zur Erhöhung der Untersteuertendenz sehen den Einsatz von Gummiteilen innerhalb der Lenkkette vor. Deren Einsatz bewirkt allerdings eine Hysterese innerhalb des Lenkungssystems, welche zu einer Ungenauigkeit im Zusammenspiel der Lenkungsbauteile führt.
Aus der Zusammenfassung der JP 11 208 501 A geht eine Gelenkverbindung zur Übertragung einer Lenkbewegung auf ein Rad eines Fahrzeuges hervor. Diese weist einen Achsschenkel mit einem daran angeordneten Lenkhebel auf. Um die Steifigkeit des Lenkhebels in horizontaler Ebene zu erhöhen, besitzt dieser bezogen auf seinen Querschnitt ein Maß seiner Breite, welches das Maß seiner Höhe übersteigt.
Die US 6,419,250 B1 offenbart eine einteilige Gelenkverbindung, welche ebenfalls einen zur Übertragung einer Lenkbewegung auf ein Rad des Fahrzeuges vorgesehenen Lenkhebel umfasst. Der Lenkhebel selbst ist starr ausgebildet, wobei er und der Achsschenkel der Gelenkverbindung ein gemeinsames Schmiedeteil bilden.
Die DE 101 08 499 A1 zeigt ebenfalls eine Gelenkverbindung für ein Fahrzeug mit einem Lenkhebel. Der Lenkhebel ist unnachgiebig ausgebildet und mittels einer Schraubverbindung mit dem Achsschenkel gekoppelt.
Der US 4,458,915 A ist eine Gelenkverbindung für ein Fahrzeug zu entnehmen, welche einen Achsschenkel mit einem daran angeordneten Lenkhebel aufweist. Um die Übertragung von Schwingungen der Räder auf die Lenkung zu minimieren, wird der Einsatz eines Nachgiebigkeitselements innerhalb der Radaufhängung vorgeschlagen. Durch den Einsatz des Nachgiebigkeitselements wird eine begrenzte Vor- und Rückwärtsbewegung der Achsnabe relativ zum Fahrzeug ermöglicht.
Aus der EP 1 785 335 B1 ist eine Gelenkverbindung zur Übertragung einer Lenkbewegung auf ein Rad eines Fahrzeuges bekannt. Die Gelenkverbindung umfasst einen Achsschenkel mit einem daran angeordneten biegsamen Lenkhebel. Der mit einem Lenkgestänge verbindbare Lenkhebel ist biegsam ausgestaltet, so dass dieser gegenüber dem Achsschenkel elastisch auslenkbar ist. Der Lenkhebel ist hierfür aus einem von dem Achsschenkel abweichenden Material gefertigt und erst nachträglich mit dem Achsschenkel verbunden. Auf diese Weise stellt sich beim Erreichen einer bestimmten Querkraftbelastung eine Biegung des Lenkhebels gegenüber dem Achsschenkel ein, was eine Erhöhung des gewünschten Untersteuerns des Fahrzeuges bewirkt.
Im Ergebnis ist die Untersteuerungstendenz eines so ausgestatteten Fahrzeuges deutlich verbessert, ohne dass eine Verschlechterung in der Genauigkeit der Lenkung zu besorgen ist. Weiterhin wird so insgesamt eine verbesserte Stabilität im Fahrverhalten des Fahrzeuges erreicht. Die hierfür erforderliche Einzelfertigung und anschließende Verbindung von Achsschenkel und Lenkhebel sowie deren Ausrichtung zueinander gehen allerdings mit einem erhöhten Herstellungsaufwand einher. Zudem muss der Lenkhebel in der Lage sein, sowohl hohe Kräfte präzise sowie sicher zu übertragen als auch ein ausreichendes Ansprechverhalten aufzuweisen. Insofern besteht ein grundsätzlicher Kompromiss in der Auslegung des Lenkhebels in Bezug auf dessen Steifigkeit gegenüber unterschiedlich hohen Kraftangriffen.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkverbindung der zuvor genannten Art sowie einen biegsamen Lenkhebel für eine solche Gelenkverbindung dahingehend zu verbessern, dass diese eine feinere Abstimmung bezüglich der Steifigkeit des Lenkhebels und des Dauerfestigkeitsverhaltens gegenüber hohen Kraftangriffen ermöglichen.
Der erste Teil dieser Aufgabe wird durch eine Gelenkverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Lösung des zweiten Teiles dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen von Anspruch 10. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Gemäß der Erfindung umfasst die zur Übertragung einer Lenkbewegung auf ein Rad eines Fahrzeuges vorgesehene Gelenkverbindung einen Achsschenkel, mit welchem das Rad koppelbar ist. Weiterhin besitzt der Achsschenkel einen mit diesem verbundenen Lenkhebel, welcher zur Aufnahme und Übertragung der jeweiligen Lenkbewegung auf den Achsschenkel und somit auf das Rad vorgesehen ist. Der Lenkhebel selbst ist biegsam ausgebildet, so dass dieser gegenüber dem Achsschenkel elastisch auslenkbar ist. Erfindungsgemäß weist der Lenkhebel einen gekrümmten Hebelabschnitt auf.
Die erfindungsgemäße Gelenkverbindung zeichnet sich dadurch aus, dass die zur Verfügung stehende Erstreckung des Lenkhebels nicht auf dessen geradlinige Ausgestaltung reduziert ist, sondern zumindest abschnittsweise einen gekrümmten Verlauf aufweist. Durch besagte Krümmung ist trotz Beibehaltung der Länge des physikalischen Hebelarmes die Länge des realen Hebelarmes in Gestalt des Lenkhebels vergrößert. Auf diese Weise steht in vorteilhafter Weise ein in seiner Abwicklung verlängerter Lenkhebel zur Verfügung, über dessen so vergrößerte Länge die auftretenden Kräfte verteilbar sind. Der Lenkhebel und insbesondere dessen gekrümmter Hebelabschnitt sind dabei so ausgestaltet, dass eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die Länge des Lenkhebels hinweg erreicht werden kann. Dies führt zu dem gewünschten Verhalten des Lenkhebels, nämlich eine geringe Steifigkeit gegenüber höheren Kräften für eine verbesserte Stabilität und eine höhere Agilität durch eine schnellere Lenkübersetzung.
Bevorzugt erstreckt sich besagter gekrümmter Hebelabschnitt über wenigstens 50% der Erstreckung des Lenkhebels. Selbstverständlich kann sich der gekrümmte Hebelabschnitt auch über die gesamte Länge des Lenkhebels hinweg erstrecken.
Die vorteilhafte Ausgestaltung des Lenkhebels ermöglicht eine produktionssichere Umsetzung der gewünschten elastischen Nachgiebigkeit mit konventionellen Herstellungsverfahren bei gleichzeitiger Erreichung der notwendigen Haltbarkeit. Die Nachgiebigkeit des Lenkhebels ist so gewählt, dass trotz dessen Biegsamkeit unter Querkraft ein präzises Lenkverhalten gewährleistet ist. Derartige Querkräfte treten insbesondere als Reaktionskräfte des Rades bei Kurvenfahrten auf. Die Charakteristik der Auslenkbarkeit des Lenkhebels wird bevorzugt durch dessen jeweilige Querschnittsform ausgelegt. Auf diese Weise erhält der Lenkhebel in der Richtung oder den Richtungen seiner gewünschten elastischen Auslenkbarkeit das jeweils erforderliche Widerstandsmoment. Auf diese Weise wird auch eine Dauerhaltbarkeit der miteinander verbundenen Bauteile erreicht.
Bevorzugt ist der als ebene Kurve verlaufende Hebelabschnitt des Lenkhebels bogenförmig gekrümmt. Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung des Lenkhebels, insbesondere des gekrümmten Hebelabschnittes an die sich aus der kinematischen Kette abgeleiteten und/oder im Einsatz auftretenden Spannungen angepasst. Insbesondere der über die Länge des Lenkhebels verlaufende Querschnitt des Lenkhebels kann veränderlich sein. Hierbei sind die entlang des Lenkhebels hintereinander gelegenen Querschnitte in vorteilhafter Weise so ausgestaltet, dass diese eine gleichmäßige Weiterleitung der auftretenden Belastungen über den gesamten beanspruchten Bereich des Lenkhebels hinweg ermöglichen.
Der gekrümmte Hebelabschnitt kann als Teilabschnitt einer archimedischen Spirale ausgebildet sein. In einer alternativen Ausgestaltung des Lenkhebels kann dessen gekrümmter Hebelabschnitt als Teilabschnitt einer logarithmischen Spirale ausgebildet sein. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist denkbar, dass der gekrümmte Hebelabschnitt des Lenkhebels als Teilabschnitt einer Fibonacci-Spirale ausgebildet sein kann. Die jeweilige Form des Hebelabschnitts ist hierbei an die aufzunehmenden und zu übertragenden Kräfte sowie die daraus resultierenden Spannungen innerhalb des Lenkhebels angepasst.
Die Erfindung sieht vor, dass der Lenkhebel wenigstens innerhalb einer Biegeebene elastisch auslenkbar ist. Selbstverständlich ist die elastische Auslenkbarkeit des Lenkhebels nicht nur auf diese wenigstens eine Biegeebene begrenzt. Vielmehr kann die Auslenkung des Lenkhebels auch komplexere Formen annehmen und sich beispielsweise aus einer Kombination von Verdrehung und einachsiger oder mehrachsiger Biegung zusammensetzen. So kann beispielsweise aus einem von der Ebene des Lenkhebels beabstandeten Kraftangriff oberhalb oder unterhalb des Lenkhebels eine reine Torsion desselben resultieren. Die Torsion selbst bewirkt keine Auslenkung des Lenkhebels innerhalb der wenigstens einen Biegeebene, sondern führt lediglich zu einer Verdrehung des Lenkhebels. Zudem kann auch die Verdrehung sowohl um eine einzelne Drehachse als auch um mehrere Drehachsen herum erfolgen.
Somit erfolgt die elastische Auslenkung des Lenkhebels derart, dass diese über ihre gesamte Weite hinweg innerhalb wenigstens einer Biegeebene erfolgt. Mit anderen Worten wird durch die elastische Auslenkung des Lenkhebels mindestens eine Biegeebene definiert, innerhalb der unter Krafteinwirkung auf den Lenkhebel dessen Biegung erfolgt. Bevorzugt ist der Lenkhebel so ausgestaltet, dass dessen Biegsamkeit auf eine Auslenkbarkeit innerhalb einer einzigen Biegeebene reduziert ist. In jedem Fall ist vorgesehen, dass sich die Krümmung des Hebelabschnittes innerhalb der wenigstens einen Biegeebene erstrecken kann. Hierdurch liegt jeder Punkt der Schwerelinie des Lenkhebels innerhalb der besagten Biegeebene.
Der sich hieraus ergebende Vorteil ist darin zu sehen, dass sich die auftretenden Belastungen des Lenkhebels hierdurch weitestgehend auf Normal- und Querkräfte sowie Biegemomente reduzieren lassen. Etwaige Torsionsmomente können somit nur noch aus solchen Kräften resultieren, welche nicht in Höhe der Schwerelinie des Lenkhebels bzw. innerhalb dessen Biegeebene an dem Lenkhebel angreifen. Besagte Kräfte entstehen beispielsweise aus der notwendigen Anbindung der Gelenkverbindung an ein Lenkgestänge des jeweiligen Fahrzeuges.
Da auf diese Weise etwaige Torsionsmomente auf ein Minimum reduziert oder gar verhindert werden, kann der Querschnittsverlauf des Lenkhebels besser an die an ihn gestellten Anforderungen angepasst sein. So würde beispielsweise eine hohe Torsionsbelastung des Lenkhebels mitunter einen Querschnittsverlauf erfordern, welcher eine zu hohe Steifigkeit bewirkt. Im Ergebnis wäre damit die erforderliche Eigenschaft der Biegsamkeit des Lenkhebels nur noch in einem mitunter nicht mehr ausreichenden Maße vorhanden.
Selbstverständlich kann der Lenkhebel auch so ausgestaltet sein, dass dieser Abschnitte aufweist, welche nicht innerhalb der Biegeebene liegen. So kann der Lenkhebel in seinem Verlauf beispielsweise aufgrund der räumlichen Anordnung an dem Fahrzeug an dessen baulichen Zwangspunkte angepasst sein. Auf diese Weise kann der Lenkhebel bei Bedarf in seinem Verlauf um weitere Bauteile herum geführt sein, so dass sich dieser abschnittsweise oberhalb oder unterhalb der Biegeebene erstreckt.
In einer Weiterführung des Erfindungsgedankens kann sich der Querschnitt des gekrümmten Hebelabschnittes zu einem freien Ende des Lenkhebels hin verjüngen.
Da der Lenkhebel als an dem Achsschenkel befindlicher Kragarm fungiert, ergibt sich dessen größte Momentenbelastung in der Regel im Bereich seines Ursprungs an dem Achsschenkel. Demgegenüber reduziert sich dessen Momentenbelastung zu seinem freien Ende hin auf ein Minimum. Auf diese Weise kann der Querschnittsverlauf des Lenkhebels an die sich in der Regel linear über die Längserstreckung des Lenkhebels hinweg verändernde Momentenbelastung angepasst sein. Weiterhin wird aufgrund des so verringerten Querschnitts und damit reduzierten Materials eine Gewichtsersparnis erreicht.
So wird in vorteilhafter Weise eine größtmögliche Ersparnis an Material und somit auch an Gewicht erreicht. Da die Gelenkverbindung zu den ungefederten Massen des Fahrwerks eines Fahrzeuges zählt, ist deren weitestgehende Reduzierung mit einem Vorteil für den Komfort und das Fahrverhalten verbunden. Überdies ermöglicht der an die Momentenbelastung angepasste Querschnittsverlauf des Lenkhebels dessen Biegsamkeit über seine gesamte Längserstreckung hinweg, da dessen Steifigkeit nicht durch unnötig große Querschnitte einzelner Abschnitte in unerwünschter Weise erhöht ist.
Es ist vorgesehen, dass der gekrümmte Hebelabschnitt einen rechteckigen Querschnitt besitzt. Selbstverständlich kann auch der gesamte Lenkhebel über seine Längserstreckung hinweg einen insgesamt rechteckigen Querschnitt aufweisen. Der rechteckige Querschnitt weist dabei eine sich beispielsweise senkrecht zu der Biegeebene erstreckende Höhe sowie eine sich innerhalb der Biegeebene erstreckende Breite auf. In vorteilhafter Weise ist die Höhe des rechteckigen Querschnitts größer als seine Breite.
Der Vorteil des rechteckigen Querschnitts liegt in dem Verhältnis von dessen Abmessungen zu dem daraus resultierenden jeweiligen Widerstandsmoment. Durch den Unterschied von Höhe zu Breite des rechteckigen Querschnitts wird eine in Richtung der Höhe des Querschnitts verlaufende schwache Achse definiert, um welche herum der Lenkhebel über seine Erstreckung hinweg elastisch auslenkbar ist. Demgegenüber wird durch jene, die Breite des Querschnitts übersteigende Höhe eine parallel zur Biegeebene verlaufende starke Achse definiert, so dass eine etwaige Biegsamkeit des Lenkhebels senkrecht beispielsweise zur Biegeebene deutlich erschwert oder gar verhindert ist. Durch diese Ausgestaltung wird auch ein nicht parallel zur Biegeebene erfolgender Kraftangriff an dem Lenkhebel im Wesentlichen auf eine elastische Auslenkung in dessen Biegeebene übersetzt.
Auf diese Weise kann durch jene, die Breite übersteigende Höhe des rechteckigen Querschnitts auch ein etwaiger in Richtung der Höhe des Querschnitts gegebener vertikaler Versatz des Krafteinleitungspunktes in den Lenkhebel kompensiert werden. Dieser tritt immer dann auf, sofern die Krafteinleitung in den Lenkhebel nicht in Höhe dessen Schwerelinie bzw. in Höhe dessen Biegeebene erfolgt.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Achsschenkel einen Flansch besitzen. Bevorzugt weist der Lenkhebel in diesem Zusammenhang einen mit dem Flansch korrespondierenden Sockel auf. Auf diese Weise kann der Lenkhebel über seinen Sockel mit dem Flansch des Achsschenkels verbunden sein. Da es sich bei dem Lenkhebel um ein von dem Achsschenkel separiert gefertigtes Bauteil handelt, muss dieses nachträglich mit dem Achsschenkel verbunden werden. Durch die Anordnung von Flansch und Sockel ist in vorteilhafter Weise eine einfache Verbindung von Lenkhebel und Achsschenkel realisierbar. Aufgrund der präzisen Ausgestaltung von Sockel und Flansch während der Herstellung von Lenkhebel und Achsschenkel ist folglich eine hohe Prozesssicherheit in Bezug auf die Kopplung und insbesondere Ausrichtung von Lenkhebel und Achsschenkel ermöglicht.
Durch die Anordnung von Flansch und Sockel ist auch ein einfacher Austausch eines beispielsweise defekten Lenkhebels ohne etwaige Maßnahmen zum Einmessen und Ausrichten möglich, da dessen Lage auf diese Weise eindeutig festgelegt ist. Weiterhin ist hierdurch auch eine einfache Möglichkeit gegeben, etwaige Anpassungen im Verhalten des Lenkhebels an verschiedene Ausführungsformen innerhalb einer Fahrzeugserie vorzunehmen. So kann durch eine vereinfachte Montage des an die jeweilige Ausführungsform eines Fahrzeuges angepassten Lenkhebels das jeweilige Verhalten eingestellt werden. Der bloße Austausch des Lenkhebels in der Fertigung des Fahrzeuges ermöglicht zudem die vorteilhafte Beibehaltung des übrigen Achsschenkels.
Der Lenkhebel kann über mindestens ein Verbindungsmittel mit dem Achsschenkel gekoppelt sein. Bevorzugt handelt es sich hierbei um ein lösbares Verbindungsmittel. In vorteilhafter Weise wird hierdurch eine einfache und prozesssichere Verbindung von Lenkhebel und Achsschenkel ermöglicht. Insbesondere ein etwaiger Austausch des Lenkhebels geht somit problemlos ohne erhöhten Aufwand einher. Ferner ermöglicht die Anordnung des Flansches eine ansonsten schlanke Ausgestaltung des Achsschenkels, da dessen übrige Wandung keine unnötigen Verdickungen aufweisen muss, um die Aufnahme des Verbindungsmittels zu ermöglichen.
In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass eine zwischen dem Flansch des Achsschenkels und dem Sockel des Lenkhebels gelegene Verbindungsebene beispielsweise senkrecht zur Biegeebene verläuft. Auf diese Weise ist eine haltbare Verbindung zwischen Achsschenkel und Lenkhebel realisiert, bei welcher insbesondere das oder die eingesetzten Verbindungsmittel nur auf Zug belastet werden. Dabei kann sich der Sockel des Lenkhebels flächig an dem Flansch des Achsschenkels abstützen, um eine hohe Biegesteifigkeit der Verbindung zu garantieren. Bevorzugt ist der Flansch so ausgeführt, dass dieser wenigstens eine Durchgangsöffnung für die Aufnahme eines Verbindungsmittels aufweist, wobei das Verbindungsmittel in dem Sockel des Lenkhebels anordenbar ist.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die zwischen dem Flansch des Achsschenkels und dem Sockel des Lenkhebels verlaufende Verbindungsebene selbstverständlich auch beispielsweise parallel zu der Biegeebene verlaufen.
Der Lenkhebel kann an seinem freien Ende bevorzugt einen Kopplungsabschnitt besitzen, welcher zur Aufnahme der zu übertragenden Lenkbewegung vorgesehen ist.
Besonders bevorzugt ist der Kopplungsabschnitt des Lenkhebels zu dessen Anbindung an ein Lenkgestänge des Fahrzeuges vorgesehen.
In besonders bevorzugter Weise kann der Achsschenkel aus einem anderen Material als der Lenkhebel gebildet sein. Hierbei ist vorgesehen, dass das Material, aus welchem de Lenkhebel gebildet ist, nachgiebiger ist, als das Material, aus welchem der Achsschenkel besteht. So kann das Material des Lenkhebels beispielsweise weniger spröde sein als das Material des Achsschenkels.
Indem der Lenkhebel aus einem von dem Achsschenkel abweichenden Material gefertigt ist, kann der Achsschenkel der Gelenkeinrichtung auch weiterhin in üblicher Weise aus einem spröderen Material gebildet sein, beispielsweise aus Gusseisen. Dies ist von Vorteil, da ein solch sprödes Material mitunter keinen hohen, insbesondere eine elastische Nachgiebigkeit erfordernden Belastungen ausgesetzt werden kann. Durch die getrennte Fertigung des Lenkhebels kann für diesen ein von dem Achsschenkel unabhängiges und somit anderes geeignetes nachgiebiges oder biegsames Material Verwendung finden.
Für die Herstellung des Lenkhebels werden bevorzugt solche Materialien eingesetzt, welche in ihrer Eigenschaft eine hohe Nachgiebigkeit besitzen. Hierbei ist darauf zu achten, dass das jeweils verwendete Material keine Hysterese erzeugt. Besonders bevorzugt sind daher beispielsweise Metalle für den Lenkhebel zu verwenden. Um eine weite elastische Auslenkbarkeit des Lenkhebels zu ermöglichen, kann dieser beispielsweise aus Federstahl gebildet sein. Hierdurch wird bei Bedarf eine mitunter hohe zulässige Biegung des Lenkhebels erreicht. Gleichzeitig kann so ein präzise abgestimmtes Lenkverhalten erreicht werden, da das verwendete Metall für den Lenkhebel keine Hysterese innerhalb der Lenkkette bewirkt.
Bei dem Achsschenkel kann es sich um ein gegossenes oder um ein geschmiedetes oder um ein mittels eines spanabhebenden Verfahrens gefertigtes Bauteil handeln. Bei dem für den Achsschenkel verwendeten Material kann es sich beispielsweise um Gusseisen GGG40 oder um ein Aluminium handeln. Grundsätzlich ist auch eine Kombination des zuvor Genannten denkbar. Selbstverständlich ist auch der Einsatz eines Verbundwerkstoffes möglich.
Die erfindungsgemäße Gelenkverbindung eignet sich als vordere Gelenkverbindung einer Radaufhängung eines Fahrzeuges. Selbstverständlich kann die Gelenkverbindung auch einer hinteren Radaufhängung eines Fahrzeugs zugehörig sein, sofern diese lenkbar auszubilden ist und dabei die positiven Eigenschaften des biegsam ausgebildeten Lenkhebels aufweisen soll. Aufgrund der elastischen Auslenkbarkeit des Lenkhebels kann auf diese Weise beispielsweise die Übertragung etwaiger Schwingungen bei einer mitlenkenden Hinterachse auf ein Minimum reduziert werden. Dieser Vorteil ist im Übrigen auch beim Einsatz der erfindungsgemäßen Gelenkverbindung an der vorderen Radaufhängung zu nennen.
Bei der Radaufhängung kann es sich um eine McPherson Vorderradaufhängung handeln. Alternativ hierzu kann die Radaufhängung auch aus einzelnen Lenkern aufgebaut sein, bei welcher Federelement und Stoßdämpferelement voneinander separiert angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung zeigt eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Gelenkverbindung, welche trotz Beibehaltung der positiven Eigenschaften des biegsamen Lenkhebels eine feinere Abstimmung in dessen Steifigkeit gegenüber unterschiedlich hohen Kraftangriffen ermöglicht. Hierdurch ist die Findung eines geeigneten Kompromisses zwischen Agilität und Stabilität deutlich erleichtert. Dank der erst nachträglichen Verbindung von Achsschenkel und Lenkhebel können diese beiden Bauteile jeweils gezielt an die an sie gestellten Anforderungen angepasst sein, ohne einen etwaigen Kompromiss in der Wahl eines einzigen Werkstoffs mit gleichen Materialeigenschaften eingehen zu müssen.
Im Rahmen der Erfindung wird ferner ein biegsamer Lenkhebel für eine solche Gelenkverbindung aufgezeigt, welcher ausgebildet ist, um die jeweilige Lenkbewegung auf das Rad des Fahrzeuges zu übertragen. Der Lenkhebel ist somit bevorzugt an dem Achsschenkel der Gelenkverbindung anordenbar, so dass der Lenkhebel gegenüber dem Achsschenkel elastisch auslenkbar ist. Erfindungsgemäß weist der Lenkhebel in seiner Erstreckung einen gekrümmten Hebelabschnitt auf.
Die sich daraus ergebenden Vorteile wurden bereits zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gelenkverbindung erläutert und gelten für den erfindungsgemäßen Lenkhebel entsprechend. In diesem Zusammenhang ist somit denkbar, dass bereits bestehende Achsschenkel nachträglich mit dem erfindungsgemäßen Lenkhebel ausgerüstet werden können, um dessen vorteilhafte Eigenschaften mit den restlichen Bauteilen zu einer verbesserten Gelenkverbindung zur Kombinieren.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Gelenkverbindung in einer perspektivischen Darstellungsweise,
2 eine Aufsicht auf eine schematische Darstellung der Gelenkverbindung aus 1 in Kombination mit einem Rad und dem Abschnitt eines Lenkgestänges eines Fahrzeugs,
3 zwei Varianten von Lenkhebeln als Teile der erfindungsgemäßen Gelenkverbindung aus den 1 und 2 in ihrer Erstreckung innerhalb einer Biegeebene,
4 eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gelenkverbindung aus 1 in selber Darstellungsweise sowie
5 eine weitere alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gelenkverbindung aus 1 und 4 in einer veränderten perspektivischen Darstellungsweise.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
In 1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Gelenkverbindung 1 dargestellt. Die Gelenkverbindung 1 umfasst einen Achsschenkel 2 sowie einen mit dem Achsschenkel 2 verbundenen Lenkhebel 3. Der Lenkhebel 3 ist in nicht näher dargestellter Weise aus einem von dem Achsschenkel 2 unterschiedlichen Material gefertigt und dabei biegsam ausgebildet. Durch die gezielte Wahl des Materials für den Lenkhebel 3 ist dieser in wenigstens eine Richtung gegenüber dem Achsschenkel 2 elastisch auslenkbar.
Der Achsschenkel 2 ist mit einer ersten Aufnahmeöffnung 4 für ein nicht näher dargestelltes Federbeinrohr vorgesehen, in welches ein ebenfalls nicht näher dargestellter Stoßdämpfer angeordnet ist. Das Federbeinrohr besitzt einen ebenfalls nicht näherdargestellten Federteller. Um die vorliegende Gelenkverbindung 1 zu einem McPherson-Federbein zu komplettieren, ist ferner eine nicht dargestellte Feder notwendig, welche um einen Abschnitt des Stoßdämpfers herum angeordnet und auf dem Federteller ablegbar ist.
Selbstverständlich ist auch eine hier nicht näher dargestellte Schraubverbindung zwischen dem Achsschenkel 2 und dem nicht dargestellten Federbeinrohr denkbar, bei welchem die Aufnahmeöffnung 4 ein entsprechendes (nicht dargestelltes) Innengewinde oder Außengewinde aufweisen kann.
In einer zu der ersten Aufnahmeöffnung 4 für das Federbeinrohr vorliegend im Wesentlichen rechtwinklig versetzen Ausrichtung weist der Achsschenkel 2 eine zweite Aufnahmeöffnung 5 auf, welche der Aufnahme eines nicht näher dargestellten Radlagers dient. In einer nicht dargestellten alternativen Ausgestaltung können die erste Aufnahmeöffnung 4 und die zweite Aufnahmeöffnung 5 beispielsweise auch eine von der rechtwinklig versetzten Ausrichtung zueinander abweichende Orientierung einnehmen.
Erfindungsgemäß ist der Lenkhebel 3 als ein von dem Achsschenkel 2 unabhängiges Bauteil gefertigt, welches anschließend mit dem Achsschenkel 2 verbunden ist. Mit Blick auf den Lenkhebel 3 wird in diesem Zusammenhang deutlich, dass dieser einen Sockel 6 besitzt, über welchen der Lenkhebel 3 mit dem Achsschenkel 2 verbunden ist. An einem dem Sockel 6 gegenüberliegenden freien Ende 7 des Lenkhebels 3 besitzt der Lenkhebel 3 ferner einen Kopplungsabschnitt 8.
Zwischen dem Sockel 6 und seinem freien Ende 7 weist der Lenkhebel 3 einen gekrümmten Hebelabschnitt 9 auf. Der gekrümmten Hebelabschnitt 9 des Lenkhebels 3 erstreckt sich innerhalb einer Biegeebene A, so dass der Lenkhebel 3 in nicht näher dargestellter Weise innerhalb der Biegeebene A elastisch auslenkbar ist. Der Querschnitt des gekrümmten Hebelabschnittes 9 verjüngt sich dabei zu dem freien Ende 7 des Lenkhebels 3 hin.
Wie zu erkennen, besitzt der gekrümmte Hebelabschnitt 9 über seine Erstreckung hinweg einen vorliegend im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Lediglich dessen Eckbereiche weisen dabei eine Fase oder einen gerundeten Übergang auf. Der rechteckige Querschnitt des gekrümmte Hebelabschnittes 9 weist eine sich senkrecht zur Biegeebene A erstreckende Höhe b und eine sich innerhalb der Biegeebene A erstreckende Breite c auf. Die Höhe b des Querschnitts ist dabei größer als seine Breite c.
Selbstverständlich ist der Querschnitt des Lenkhebels 3 insgesamt nicht auf eine rechteckige Ausgestaltung reduziert, sondern kann auch diverse andere hier nicht gezeigte Formen wie beispielsweise eine runde, ovale sowie dreieckige, mehreckige oder trapezförmige besitzen. Zudem sind auch Kombinationen der zuvor genannten Querschnittsformen denkbar. Der Vorteil eines rechteckigen Querschnitts ist in dem Verhältnis von Querschnittsfläche zur Festigkeit und somit in einem geringeren Gewicht zu sehen.
Der rechteckige Querschnitt des gekrümmten Hebelabschnittes 9 erstreckt sich dabei bis in den Sockel 6 des Lenkhebels 3 hinein, wobei der Sockel 6 gegenüber dem gekrümmten Hebelabschnitt 9 über einen zu einer Richtung der Breite c hin verlaufenden Querschnittssprung verdickt ist. Besagte Verdickung ist dabei dem freien Ende 7 des Lenkhebels 3 zugewandt.
Um den Lenkhebel 3 mit dem Achsschenkel 2 zu verbinden, besitzt der Achsschenkel 2 einen Flansch 10. Der Sockel 6 des Lenkhebels 3 ist dabei so ausgebildet, dass dieser mit dem Flansch 10 des Achsschenkels 2 korrespondiert. Auf diese Weise steht der Lenkhebel 3 über seinen Sockel 6 mit dem Flansch 10 des Achsschenkels 2 in einem Kontakt, so dass eine Verbindung zwischen Achsschenkel 2 und Lenkhebel 3 realisiert ist.
Der Flansch 10 erstreckt sich senkrecht zu der zweiten Aufnahmeöffnung 5 von dem Achsschenkel 2 weg, welche der Aufnahme des nicht näher dargestellten Radlagers dient. Hierdurch verläuft eine zwischen dem Flansch 10 und dem Sockel 6 befindliche Verbindungsebene D senkrecht zur Biegeebene A. Der Flansch 10 weist vorliegend zwei Durchgangsöffnungen 11 in Form von Löchern auf, welche der Aufnahme von nicht näher dargestellten Verbindungsmittel dienen. Auf diese Weise ist der Lenkhebel 3 beispielsweise über zwei lösbare Verbindungsmittel mit dem Achsschenkel 2 gekoppelt, indem diese in dem Sockel 6 des Lenkhebels 3 angeordnet werden.
In 2 ist die Gelenkverbindung 1 aus 1 als schematische Darstellung in Kombination mit weiteren Elementen in einer Aufsicht gezeigt. Um eine Lenkbewegung auf ein Rad 12 zu übertragen, ist das Rad 12 über eine Radachse 13 mit dem Achsschenkel 2 gekoppelt. Die Radachse 13 ist hierfür innerhalb des in der zweiten Aufnahmeöffnung 5 anordenbaren und nicht näher dargestellten Radlagers gelagert. Auf diese Weise ist das Rad 12 mit dem Achsschenkel 2 verbunden und rotierbar an diesem geführt.
Um eine über eine Drehung an einem nicht näher dargestellten Lenkrad eingeleitete Lenkbewegung auf das Rad 12 zu übertragen, wird die rotatorische Bewegung des Lenkrades zunächst in eine translatorische Bewegung E eines Lenkgestänges 14 übersetzt. Das Lenkgestänge 14 ist über eine geeignete Verbindung 15 an den Kopplungsabschnitt 8 des Lenkhebels 3 angebunden. Bei der Verbindung 15 kann es sich beispielsweise um eine Ausführung mit einem Kugelgelenk handeln.
Die translatorische Bewegung E des Lenkgestänges 11 kann nun über den Lenkhebel 3 erneut in eine rotatorische Bewegung F der Gelenkverbindung 1 übersetzt werden. Dies ist möglich, indem der Achsschenkel 2 auf nicht näher dargestellte Art beispielsweise um eine durch die erste Aufnahmeöffnung 4 für das Federbeinrohr verlaufende Drehachse rotierbar geführt ist. Durch die Anbindung des Lenkgestänges 14 an den Lenkhebel 3 kann dieser in seiner Ausrichtung verändert werden, wobei durch dessen Verbindung mit dem Achsschenkel 2 die rotatorische Bewegung F der gesamten Gelenkverbindung 1 um besagte Drehachse erfolgt.
Aus 3 gehen zwei nebeneinander gezeigte Varianten des erfindungsgemäßen Lenkhebels 3 hervor. Vorliegend sind insbesondere die gekrümmten Hebelabschnitte 9 dargestellt, welche sich in ihrem Verlauf innerhalb der Biegeebene A erstrecken. Gut zu erkennen ist, das durch den gekrümmten Hebelabschnitt 9 eine Länge des jeweiligen physikalischen Hebelarmes 16 des Lenkhebels 3 beibehalten bleibt, während eine Länge des realen Hebelarmes 17 in Gestalt des Lenkhebels 3 deutlich vergrößert ist. Mit anderen Worten übersteigt die Strecke des realen Hebelarmes 17 die Strecke des physikalischen Hebelarmes 16.
4 zeigt eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gelenkverbindung in einer perspektivischen Darstellungsweise. Diese verzichtet auf die Anordnung eines Flansches 10 an dem Achsschenkel 2, so dass der Lenkhebel 3 direkt an dem Gehäuse des Achsschenkels 2 festgelegt ist. Die Verbindungsebene D verläuft dabei ebenfalls senkrecht zur Biegeebene A, wie bereits in der ersten Ausführungsvariante in 1 der Fall. Allerdings erstreckt sich die Verbindungsebene D hierbei in Richtung der Ausrichtung der zweiten Aufnahmeöffnung 5 für die Aufnahme des nicht näher dargestellten Radlagers.
Aus 5 geht eine weitere Ausführungsform für die erfindungsgemäße Gelenkverbindung 1 hervor. Gegenüber den Gelenkverbindungen aus den 1 und 4 ist diese in ihrer Perspektive geneigt, so dass der Blick von unten in die erste Aufnahmeöffnung 4 frei wird. Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsvarianten erstreckt sich hierbei die Verbindungsebene D zwischen dem Flansch 10 und dem Sockel 6 des Lenkhebels 3 nicht senkrecht zu der Biegeebene A, sondern parallel zu dieser. Weiterhin steht hierbei eine einzelne Durchgangsöffnung 11 innerhalb des Flansches 10 zur Verfügung, um durch diese hindurch das nicht näher dargestellte Verbindungsmittel in dem Sockel 6 des Lenkhebels 3 anzuordnen.
Bezugszeichenliste

1: Gelenkverbindung
2: Achsschenkel
3: Lenkhebel
4: erste Aufnahmeöffnung
5: zweite Aufnahmeöffnung
6: Sockel von 3
7: freies Ende von 3
8: Kopplungsabschnitt
9: gekrümmten Hebelabschnitt von 3
10: Flansch von 2
11: Durchgangsöffnung in 10
12: Rad
13: Radachse
14: Lenkgestänge
15: Verbindung
16: physikalischer Hebelarm von 2
17: realer Hebelarm von 2
A: Biegeebene
b: Höhe
c: Breite
D: Verbindungsebene zw. 2 und 3
E: translatorische Bewegung
F: rotatorische Bewegung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 11208501 A [0005]
US 6419250 B1 [0006]
DE 10108499 A1 [0007]
US 4458915 A [0008]
EP 1785335 B1 [0009]

Claims

Gelenkverbindung zur Übertragung einer Lenkbewegung auf ein Rad (12) eines Fahrzeuges, umfassend einen Achsschenkel (2), mit welchem das Rad (12) koppelbar ist sowie einen mit dem Achsschenkel (2) verbundenen Lenkhebel (3), welcher zur Aufnahme und Übertragung der Lenkbewegung auf den Achsschenkel (2) vorgesehen ist, wobei der Lenkhebel (3) biegsam ausgebildet ist, so dass dieser gegenüber dem Achsschenkel (2) elastisch auslenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkhebel (3) einen gekrümmten Hebelabschnitt (9) aufweist.
Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkhebel (3) innerhalb einer Biegeebene (A) elastisch auslenkbar ist, wobei sich die Krümmung des Hebelabschnittes (9) innerhalb der Biegeebene (A) erstreckt.
Gelenkverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des gekrümmten Hebelabschnittes (9) zu einem freien Ende (7) des Lenkhebels (3) hin verjüngt.
Gelenkverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte Hebelabschnitt (9) einen rechteckigen Querschnitt besitzt, welcher eine sich senkrecht zur Biegeebene (A) erstreckende Höhe (b) und eine sich innerhalb der Biegeebene (A) erstreckende Breite (c) aufweist, wobei die Höhe (b) des rechteckigen Querschnitts größer als (>) seine Breite (c) ist.
Gelenkverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsschenkel (2) einen Flansch (10) besitzt und der Lenkhebel (3) einen mit dem Flansch (10) korrespondierenden Sockel (6) aufweist, wobei der Lenkhebel (3) über seinen Sockel (6) mit dem Flansch (10) des Achsschenkels (2) verbunden ist.
Gelenkverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkhebel (3) über mindestens ein lVerbindungsmittel mit dem Achsschenkel (2) gekoppelt ist.
Gelenkverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkhebel (3) an seinem freien Ende (7) einen Kopplungsabschnitt (8) besitzt, wobei der Kopplungsabschnitt (8) zur Aufnahme der zu übertragenden Lenkbewegung vorgesehen ist.
Gelenkverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kopplungsabschnitt (8) zur Anbindung des Lenkhebels (3) an ein Lenkgestänge (14) des Fahrzeuges.
Gelenkverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsschenkel (2) aus einem anderen Material als der Lenkhebel (3) gebildet ist, wobei das Material des Lenkhebels (3) nachgiebiger als das Material des Achsschenkels (2) ist.
Biegsamer Lenkhebel für eine Gelenkverbindung (1), welcher ausgebildet ist, um eine Lenkbewegung auf ein Rad (12) eines Fahrzeuges zu übertragen, wobei der Lenkhebel (3) an einem Achsschenkel (2) der Gelenkverbindung (1) insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist, so dass der Lenkhebel (3) gegenüber dem Achsschenkel (2) elastisch auslenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkhebel (3) einen gekrümmten Hebelabschnitt (9) aufweist.