DE102014205990A1 - Articulated connection for transmitting a steering movement to a wheel of a vehicle - Google Patents
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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) von seinem Sockel (6) in Richtung zu seinem freien Ende (7) eine U-förmige Ausgestaltung mit zwei U-Schenkeln und einem dazwischen angeordneten Basisschenkel auf, wobei der Basisschenkel mit einem gekrümmten Verlauf ausgeführt ist, so dass ein gekrümmter Hebelabschnitt (9) des Lenkhebels (3) gebildet ist der sich über wenigstens 50% der Erstreckung des Lenkhebels (3) erstreckt.The invention relates to an articulated connection (1) for transmitting a steering movement to a wheel of a vehicle. This comprises a steering knuckle (2) with which the wheel can be coupled, and a steering lever (3) connected to the steering knuckle (2), which is provided for receiving and transmitting the steering movement to the steering knuckle (2). The steering lever (3) is flexible so that it can be deflected elastically with respect to the steering knuckle (2). According to the invention, the steering lever (3) from its base (6) towards its free end (7) has a U-shaped configuration with two U-legs and a base leg arranged between them, the base leg being designed with a curved course, so that a curved lever section (9) of the steering lever (3) is formed which extends over at least 50% of the extent of the steering lever (3).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gelenkverbindung zur Übertragung einer Lenkbewegung auf ein Rad eines Fahrzeuges gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.The present invention relates to a hinge connection for transmitting a steering movement to a wheel of a vehicle according to the features in the preamble of
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.In multiaxial rail unbound vehicles, the direction of travel is dictated by the position of the wheels to each other. Changes in direction are first initiated by means of a steering movement, as a result of which the position of the wheels relative to one another is changed. Modern vehicles are expected to allow agile and smooth handling when cornering at low to medium speeds. In contrast, at high speeds, maximum stability should be ensured. This is important because too direct steering behavior can quickly lead to critical or even uncontrollable driving conditions here.
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).For the driving behavior, it is therefore particularly important in four- and multi-wheeled vehicles, at which speed the steering movement takes place. In this context, it is important to find a suitable balance between agility and stability to meet the high demands on agility, comfort and safety. This is basically a compromise, which usually consists of a low steering ratio (agility) and an increased tendency to untersteuernden design of the vehicle (stability).
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. Specially front-wheel drive vehicles have limited potential for understeer. This is due to design, since the steering gear is usually placed behind the center of the front wheels. Other solutions to increase the understeer tendency include the use of rubber parts within the steering chain. However, their use causes a hysteresis within the steering system, which leads to an inaccuracy in the interaction of the steering components.
Die
Aus der Zusammenfassung der
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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.As a result, the understeer tendency of a vehicle equipped in this way is markedly improved, without causing a deterioration in the accuracy of the steering. Furthermore, as a whole an improved stability in the handling of the vehicle is achieved. However, the required individual production and subsequent connection of the steering knuckle and steering lever and their alignment with each other go hand in hand with an increased production effort. In addition, the steering lever must be able to transmit both high forces accurately and safely as well as to have a sufficient response. In this respect, there is a fundamental compromise in the design of the steering lever in terms of its rigidity against different levels of force attacks.
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 dem Dauerfestigkeitsverhalten gegenüber hohen Kraftangriffen ermöglichen. Against this background, the present invention seeks to improve a joint of the aforementioned type and a flexible steering lever for such a joint in such a way that they allow a finer vote on the stiffness of the steering lever and the fatigue behavior against high force attacks.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe mit einer Gelenkverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.According to the invention succeeds in solving the problem with a hinge connection with the features of
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. It should be noted that the features listed individually in the following description can be combined with one another in any technically meaningful manner and show further embodiments of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figures.
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 ist vorgesehen, dass der Lenkhebel von seinem Sockel in Richtung zu seinem freien Ende eine U-förmige Ausgestaltung mit zwei U-Schenkeln und einem dazwischen angeordneten Basisschenkel aufweist, wobei der Basisschenkel mit einem gekrümmten Verlauf ausgeführt ist, so dass ein gekrümmter Hebelabschnitt des Lenkhebels gebildet ist, der sich über wenigstens 50% der Erstreckung des Lenkhebels erstreckt.According to the invention, the joint connection provided for transmitting a steering movement to a wheel of a vehicle comprises a steering knuckle with which the wheel can be coupled. Furthermore, the steering knuckle has a steering lever connected thereto, which is provided for receiving and transmitting the respective steering movement to the steering knuckle and thus to the wheel. The steering lever itself is flexible, so that it is elastically deflected relative to the steering knuckle. According to the invention, the steering lever from its base towards its free end has a U-shaped configuration with two U-legs and a base leg arranged therebetween, wherein the base leg is designed with a curved course, so that a curved lever portion of the steering lever is formed, which extends over at least 50% of the extension of the steering lever.
Die erfindungsgemäße Gelenkverbindung zeichnet sich also 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.The articulated connection according to the invention is therefore characterized in that the available extent of the steering lever is not reduced to its rectilinear configuration, but at least partially has a curved course. By said curvature, the length of the real lever arm in the shape of the steering lever is increased despite maintaining the length of the physical lever arm. In this way, an extended in its development steering lever is available in an advantageous manner, over whose thus increased length the forces occurring can be distributed. The steering lever and in particular its curved lever portion are designed so that a uniform stress distribution over the length of the steering lever can be achieved away. This leads to the desired behavior of the steering lever, namely a low rigidity against higher forces for improved stability and a higher agility through a faster steering ratio.
Selbstverständlich kann sich die Krümmung auch über die gesamte Länge des Lenkhebels hinweg erstrecken, wobei die U-Schenkel dann selbstverständlich ebenfalls wie der gekrümmte Hebelanschnitt gekrümmt wären, und an dem Kopplungsabschnitt und dem Sockel anschließen.Of course, the curvature may also extend over the entire length of the steering lever, the U-legs would then of course also curved as the curved lever gate, and connect to the coupling portion and the base.
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.The advantageous embodiment of the steering lever allows a production-safe implementation of the desired elastic compliance with conventional manufacturing processes while achieving the necessary durability. The flexibility of the steering lever is chosen so that in spite of its flexibility under lateral force a precise steering performance is guaranteed. Such lateral forces occur in particular as reaction forces of the wheel when cornering. The characteristic of Deflection of the steering lever is preferably designed by its respective cross-sectional shape. In this way, the steering lever in the direction or directions of its desired elastic deflectability receives the respectively required resistance moment. In this way, a durability of the interconnected components is achieved.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Lenkhebel mit seinem gekrümmten Hebelabschnitt einen unveränderlichen Höhenverlauf hat, also quasi als ebene Kurve ausgeführt ist, wobei der Lenkhebel mit seinem gekrümmten Hebelabschnitt auf derselben Ebene des Sockels angeordnet ist, welcher auf der Ebene eines Kopplungsabschnittes angeordnet ist. Es liegt im Erfindungsgedanken, wenn der Lenkhebel mit seinem gekrümmten Hebelabschnitt einen veränderlichen Höhenverlauf hat, also quasi als stehende Kurve ausgeführt ist, wobei der Lenkhebel mit seinem gekrümmten Hebelabschnitt zumindest bereichsweise oberhalb des Sockels angeordnet ist, welcher auf der Ebene des Kopplungsabschnittes angeordnet ist.In an embodiment of the invention, it is provided that the steering lever with its curved lever portion has a constant height curve, so is almost executed as a flat curve, wherein the steering lever is arranged with its curved lever portion on the same level of the base, which is arranged on the level of a coupling portion , It lies in the spirit of the invention, when the steering lever with its curved lever portion has a variable height profile, so is designed as a kind of standing curve, the steering lever is arranged with its curved lever portion at least partially above the base, which is arranged on the plane of the coupling portion.
Bevorzugt ist der als ebene oder stehende 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.The lever section of the steering lever running as a plane or vertical curve is preferably arcuately curved. Particularly preferably, the configuration of the steering lever, in particular of the curved lever portion is adapted to the derived from the kinematic chain and / or occurring in use voltages. In particular, over the length of the steering lever extending cross section of the steering lever may be variable. Here, the successive along the steering lever cross-sections are advantageously designed so that they allow a uniform transmission of the loads occurring over the entire claimed range of the steering lever away.
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.The curved lever portion may be formed as a portion of an Archimedean spiral. In an alternative embodiment of the steering lever whose curved lever portion may be formed as a portion of a logarithmic spiral. In a further alternative embodiment, it is conceivable that the curved lever portion of the steering lever may be formed as a portion of a Fibonacci spiral. The respective shape of the lever portion is in this case adapted to the male and to be transmitted forces and the resulting stresses within the steering lever.
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.The invention provides that the steering lever is elastically deflectable at least within a bending plane. Of course, the elastic deflectability of the steering lever is not limited to this at least one bending plane. Rather, the deflection of the steering lever can take on more complex forms and, for example, composed of a combination of torsion and uniaxial or multi-axial bending. Thus, for example, from a distance from the plane of the steering lever force attack above or below the steering lever a pure torsion thereof. The torsion itself causes no deflection of the steering lever within the at least one bending plane, but only leads to a rotation of the steering lever. In addition, the rotation can also take place both about a single axis of rotation and around several axes of rotation.
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. Wie bereits erwähnt ist der Lenkhebel so ausgestaltet, dass dessen Biegsamkeit auf eine Auslenkbarkeit innerhalb einer einzigen Biegeebene reduziert ist. Es ist in einer Ausgestaltung des Lenkhebels 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.Thus, the elastic deflection of the steering lever is such that it takes place over its entire width away within at least one bending plane. In other words, at least one bending plane is defined by the elastic deflection of the steering lever, within which takes place under the action of force on the steering lever whose bending. As already mentioned, the steering lever is designed so that its flexibility is reduced to a deflectability within a single bending plane. It is provided in one embodiment of the steering lever, that the curvature of the lever portion may extend within the at least one bending plane. As a result, each point of the gravity line of the steering lever is within said bending plane.
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.The resulting advantage is to be seen in the fact that this can be largely reduce the occurring loads on the steering lever on normal and lateral forces and bending moments. Any torsional moments can thus only result from such forces, which do not attack the height of the gravity line of the steering lever or within the bending plane of the steering lever. Said forces arise for example from the necessary connection of the articulated connection to a steering linkage of the respective vehicle.
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.Since in this way any torsional moments are reduced to a minimum or even prevented, the cross-sectional profile of the steering lever can be better adapted to the demands placed on him. For example, a high torsional load of the steering lever would sometimes require a cross-sectional profile, which causes too high rigidity. As a result, so that the required property of the flexibility of the steering lever would be present only in a sometimes no longer sufficient dimensions.
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. So kann der Lenkhebel auch schwanenhalsartig ausgeführt sein, so dass der gekrümmte Hebelabschnitt oberhalb der zuvor besagten Biegeebene liegen kann. Die Schenkel sind also zum einen nach oben und zum anderen nach unten orientiert. Wie zuvor auch sind die U-Schenkel also zueinander gegenläufig orientiert. Möglich ist so auch eine Nachgiebigkeit durch Torsion. Vorteilhaft ist weiter, dass eine Kompatibilität mit Bauteilen der Lenkung und der Antriebswelle (z. B. Frontantrieb) geschaffen ist.Of course, the steering lever can also be designed so that it has portions which are not within the bending plane. Thus, the steering lever in its course, for example, due to the spatial arrangement of the Vehicle adapted to its structural Zwangspunkte. In this way, the steering lever can be guided around other components as needed in its course, so that this extends in sections above or below the bending plane. Thus, the steering lever can also be designed like a gooseneck, so that the curved lever portion can lie above the previously mentioned bending plane. The legs are therefore oriented upwards and downwards. As before, the U-legs are thus oriented counter to each other. It is also possible that a compliance by torsion. A further advantage is that compatibility with components of the steering and the drive shaft (eg front-wheel drive) is created.
Der Querschnitt des Lenkhebels kann entlang der realen Erstreckung des gekrümmten Hebelabschnittes unverändert sein, wobei der Sockel und das freie Ende natürlich entsprechend angepasst ausgeführt sind, um die geforderte Anbindung an dem Achsschenkel und dem Lenkgestänge zu ermöglichen. 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.The cross-section of the steering lever can be unchanged along the real extent of the curved lever portion, the base and the free end are of course carried out adapted to allow the required connection to the steering knuckle and the steering linkage. In a continuation of the inventive concept, the cross section of the curved lever portion may taper towards a free end of the steering lever. Since the steering lever acts as a cantilever located on the steering arm, its largest moment load usually results in the region of its origin on the steering knuckle. In contrast, its moment load is reduced to its free end to a minimum. In this way, the cross-sectional profile of the steering lever to be adapted to the usually linear over the longitudinal extent of the steering lever of time varying moment load. Furthermore, a weight saving is achieved due to the thus reduced cross-section and thus reduced material.
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.Thus, the greatest possible savings in material and thus also in weight are achieved in an advantageous manner. Since the articulation belongs to the unsprung masses of the chassis of a vehicle, their greatest reduction is associated with an advantage for the comfort and handling. Moreover, adapted to the moment load cross-sectional profile of the steering lever allows its flexibility over its entire longitudinal extent, since its rigidity is not increased by unnecessarily large cross sections of individual sections in an undesirable manner.
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. Natürlich kann der Lenkhebel mit seinen U-Schenkeln und dem gekrümmten Basisschenkel im Querschnitt auch quadratisch oder rund ausgeführt sein, um nur einige zusätzliche Möglichkeiten zu nennen. It is envisaged that the curved lever portion has a rectangular cross-section. Of course, the entire steering lever over its longitudinal extent can have a total rectangular cross-section. In this case, the rectangular cross section has a height extending, for example, perpendicular to the bending plane, and a width extending within the bending plane. Advantageously, the height of the rectangular cross-section is greater than its width. Of course, the steering lever with its U-legs and the curved base leg in cross section may also be square or round, to name but a few additional possibilities.
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.The advantage of the rectangular cross section lies in the ratio of its dimensions to the resulting respective modulus of resistance. Due to the difference of height to width of the rectangular cross section, a weak axis extending in the direction of the height of the cross section is defined, around which the steering lever is elastically deflectable over its extent. In contrast, is defined by that, the width of the cross-sectional height exceeding a parallel to the bending plane extending strong axis, so that a possible flexibility of the steering lever, for example, significantly more difficult or even prevented, for example, to the bending plane. As a result of this configuration, a force attack on the steering lever that does not take place parallel to the bending plane is also essentially translated to an elastic deflection in its bending plane.
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 this way, can be compensated by those exceeding the width of the height of the rectangular cross-section also a given in the direction of the height of the cross-section vertical offset of the force introduction point in the steering lever. This occurs whenever the force is introduced into the steering lever not in the amount of its gravity line or at the level of its bending plane.
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.In a development of the invention, the steering knuckle may have a flange. In this context, the steering lever preferably has a base which corresponds to the flange. In this way, the steering lever can be connected via its base with the flange of the steering knuckle. Since the steering lever is a component manufactured separately from the steering knuckle, it must be subsequently connected to the steering knuckle. Due to the arrangement of the flange and base a simple connection of steering lever and steering knuckle can be realized in an advantageous manner. Due to the precise design of base and flange during the manufacture of the steering lever and steering knuckle thus a high process reliability in terms of the coupling and in particular alignment of the steering arm and steering knuckle is possible.
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.The arrangement of the flange and socket is also a simple replacement of, for example, a defective steering lever without any measures for measuring and aligning possible because of Location is clearly defined in this way. Furthermore, this also provides an easy way to make any adjustments in the behavior of the steering lever to various embodiments within a vehicle series. Thus, by a simplified installation of the adapted to the respective embodiment of a vehicle steering lever, the respective behavior can be adjusted. The mere replacement of the steering lever in the production of the vehicle also allows the advantageous retention of the remaining stub axle.
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.The steering lever may be coupled via at least one connecting means with the steering knuckle. This is preferably a releasable connecting means. Advantageously, this allows a simple and reliable connection of the steering lever and steering knuckle. In particular, any replacement of the steering lever is thus easily accompanied without increased effort. Furthermore, the arrangement of the flange allows an otherwise slim design of the steering knuckle, since the rest of its wall must not have unnecessary thickening to allow the inclusion of the connecting means.
In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass eine zwischen dem Flansch des Achsschenkels und dem Sockel des Lenkhebels gelegene Verbindungsebene beispielsweise senkrecht zur Biegeebene verläuft, so dass der Flansch quasi quer von dem Achsschenkel absteht. 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 this context, it is provided that a connection plane located between the flange of the steering knuckle and the base of the steering lever, for example, extends perpendicular to the bending plane, so that the flange protrudes quasi across from the steering knuckle. In this way, a durable connection between the steering knuckle and the steering lever is realized, in which in particular the or the connecting means used are loaded only on train. In this case, the base of the steering lever can be supported flat on the flange of the steering knuckle to guarantee a high flexural rigidity of the connection. Preferably, the flange is designed so that it has at least one passage opening for receiving a connecting means, wherein the connecting means in the base of the steering lever can be arranged.
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, wobei auf einen quer abstehenden Flansch verzichtet wird. Die Verbindungsebene ist dann in dem Achsschenkel als ebene Fläche angeordnet.In an alternative embodiment, extending between the flange of the steering knuckle and the base of the steering lever connecting plane can of course also, for example, parallel to the bending plane, being dispensed with a transversely projecting flange. The connection plane is then arranged in the stub axle as a flat surface.
Der Lenkhebel hat an seinem freien Ende einen Kopplungsabschnitt, welcher zur Aufnahme der zu übertragenden Lenkbewegung vorgesehen ist. The steering lever has at its free end a coupling portion which is provided for receiving the steering movement to be transmitted.
Besonders bevorzugt ist der Kopplungsabschnitt des Lenkhebels zu dessen Anbindung an ein Lenkgestänge des Fahrzeuges vorgesehen.Particularly preferably, the coupling portion of the steering lever is provided for its connection to a steering linkage of the vehicle.
In erfindungsgemäßer 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.In the inventive manner, the steering knuckle may be formed of a different material than the steering lever. It is provided that the material from which de steering lever is formed, is more yielding, as the material from which the steering knuckle consists. For example, the material of the steering lever may be less brittle than the material of the steering knuckle.
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. By the steering lever is made of a deviating from the steering knuckle material, the steering knuckle of the joint device may continue to be formed in the usual way of a brittle material, such as cast iron. This is advantageous since such a brittle material can sometimes not be exposed to high loads, in particular elastic resilience. The separate production of the steering lever can be used for this independent of the steering knuckle and thus other suitable resilient or flexible material use.
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.For the production of the steering lever such materials are preferably used, which have in their capacity a high compliance. It must be ensured that the material used does not produce any hysteresis. For this reason, it is particularly preferable to use, for example, metals for the steering lever. In order to enable a wide elastic deflectability of the steering lever, this can be formed for example of spring steel. As a result, a sometimes high allowable bending of the steering lever is achieved if necessary. At the same time as a precisely tuned steering behavior can be achieved because the metal used for the steering lever causes no hysteresis within the steering chain.
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. The steering knuckle may be a cast or forged or machined component by means of a machining process. The material used for the steering knuckle may be, for example, cast iron GGG40 or an aluminum. In principle, a combination of the aforementioned is also conceivable. Of course, the use of a composite material is possible.
Die erfindungsgemäße Gelenkverbindung eignet sich als vordere Gelenkverbindung einer Radaufhängung eines Fahrzeuges, welches Frontantrieb haben kann. 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.The articulated joint according to the invention is suitable as a front articulated connection of a wheel suspension of a vehicle, which may have front-wheel drive. Of course, the articulated connection may also be associated with a rear wheel suspension of a vehicle, provided that it is steerable and should have the positive properties of the flexibly formed steering lever. Due to the elastic deflectability of the steering lever can in this way, for example, the transmission of any vibrations at a mitlenkenden rear axle are reduced to a minimum. Incidentally, this advantage should also be mentioned when using the articulated connection according to the invention on the front suspension.
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.The suspension can be a McPherson front suspension. Alternatively, the suspension may also be constructed of individual links, wherein spring element and shock absorber element are arranged separated from each other.
Wie bereits oben erwähnt kann der Lenkhebel in seinem Verlauf in der Ausgestaltung eines Schwanenhalses ausgeführt sein. Dieser kann eine Nachgiebigkeit auch aufgrund einwirkender Torsion haben. Auch bei dieser Ausgestaltung sind viele Querschnitte möglich wie z. B. rechteckig, quadratisch und/ oder rund. Durch die Ausgestaltung in seinem schwanenhalsartigen Verlauf gelangt der Lenkhebel mit seinem gekrümmten Hebelarm, also mit der gekrümmten Basis oberhalb der Ebene des Sockels und des freien Endes, welche bevorzugt auf einer Ebene angeordnet sind. Aufgrund des schwanenhalsartigen Verlaufs ist der Lenkhebel, wie auch bei der bereits beschriebenen Ausgestaltung in der Lage sehr einfach an die baulichen Gegebenheiten angepasst zu werden. Ebenso weist ein so ausgeführter Lenkhebel sowohl die erforderliche Nachgiebigkeit als die notwendige Dauerhaltbarkeit auf. As already mentioned above, the steering lever can be executed in its course in the configuration of a gooseneck. This can also have a yield due to acting torsion. Also in this embodiment, many cross sections are possible such. B. rectangular, square and / or round. Due to the configuration in its gooseneck-like course of the steering lever reaches with its curved lever arm, ie with the curved base above the plane of the base and the free end, which are preferably arranged on one level. Due to the gooseneck-like course of the steering lever, as well as in the embodiment already described in a position to be very easily adapted to the structural conditions. Likewise, a so executed steering lever on both the required compliance and the required durability.
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.The present invention shows a comparison with the prior art improved joint, which despite maintaining the positive properties of the flexible steering lever allows a finer tuning in its rigidity against different levels of force attacks. This greatly facilitates finding a suitable compromise between agility and stability. Thanks to the only subsequent connection of the steering knuckle and steering arms, these two components can each be specifically adapted to the requirements placed on them, without having to compromise on the choice of a single material with the same material properties.
Im Rahmen der Erfindung wird also auch ein biegsamer Lenkhebel für eine solche Gelenkverbindung aufgezeigt, welcher ausgebildet ist, um die jeweilige Lenkbewegung auf das Rad des Fahrzeuges zu übertragen. Der Lenkhebel wird somit bevorzugt an dem Achsschenkel der Gelenkverbindung angeordnet, so dass der Lenkhebel gegenüber dem Achsschenkel elastisch auslenkbar ist. Erfindungsgemäß weist der Lenkhebel in seiner Erstreckung einen U-förmigen Verlauf, also einen gekrümmten Hebelabschnitt auf.In the context of the invention, therefore, a flexible steering lever for such a joint connection is shown, which is designed to transmit the respective steering movement to the wheel of the vehicle. The steering lever is thus preferably arranged on the steering knuckle of the articulated connection, so that the steering lever is elastically deflectable relative to the steering knuckle. According to the invention, the steering lever in its extension on a U-shaped course, ie a curved lever portion.
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 zu Kombinieren. Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The resulting advantages have already been explained previously in connection with the articulated connection according to the invention and apply correspondingly to the steering lever according to the invention. In this context, it is thus conceivable that existing steering knuckles can be retrofitted with the steering lever according to the invention in order to combine its advantageous properties with the remaining components to an improved joint connection. Further advantageous details and effects of the invention are explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the figures. Show it:
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same parts are always provided with the same reference numerals, so that these are usually described only once.
In
Der Achsschenkel
Selbstverständlich ist auch eine hier nicht näher dargestellte Schraubverbindung zwischen dem Achsschenkel
In einer zu der ersten Aufnahmeöffnung
Erfindungsgemäß ist der Lenkhebel
Der Sockel
Zwischen dem Sockel
Wie zu erkennen, besitzt der gekrümmte Hebelabschnitt
Selbstverständlich ist der Querschnitt des Lenkhebels
Der rechteckige Querschnitt des gekrümmten Hebelabschnittes
Um den Lenkhebel
Der Flansch
In
Um eine über eine Drehung an einem nicht näher dargestellten Lenkrad eingeleitete Lenkbewegung auf das Rad
Die translatorische Bewegung E des Lenkgestänges
Aus
Aus
Eine alternative Ausgestaltung eines Lenkhebels
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Gelenkverbindung articulation
- 22
- Achsschenkel journal
- 33
- Lenkhebel steering lever
- 44
- erste Aufnahmeöffnung first receiving opening
- 55
- zweite Aufnahmeöffnung second receiving opening
- 66
-
Sockel von
3 Socket of3 - 77
-
freies Ende von
3 free end of3 - 88th
- Kopplungsabschnitt coupling portion
- 99
-
gekrümmten Hebelabschnitt von
3 curved lever section of3 - 1010
-
Flansch von
2 Flange of2 - 1111
-
Durchgangsöffnung in
10 Passage opening in10 - 1212
- Rad wheel
- 1313
- Radachse wheel axle
- 1414
- Lenkgestänge steering linkage
- 1515
- Verbindung connection
- 1616
-
physikalischer Hebelarm von
2 physical lever arm of2 - 1717
-
realer Hebelarm von
2 real lever arm of2 - AA
- Biegeebene bending plane
- bb
- Höhe height
- cc
- Breite width
- DD
-
Verbindungsebene zw.
2 und3 Connection level between2 and3 - Ee
- translatorische Bewegung translational movement
- FF
- rotatorische Bewegung rotational movement
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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