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Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Radaufhängung nach dem MacPherson-Prinzip bekannt. Die Struktur einer solchen Radaufhängung besteht im Wesentlichen aus einem Feder-Dämpferbein, einem Radträger, einem Dreiecksquerlenker, einem Stabilisator und einem Lenksystem. Das Feder-Dämpferbein stützt sich über ein Domlager an der Fahrzeugkarosserie ab. Die Lenkachse verläuft bei einer Radaufhängung nach dem MacPherson-Prinzip durch das Domlager und die Anbindung des Dreieckquerlenkers an den Radträger.
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Daneben ist eine Struktur zur Radführung nach dem Doppelquerlenkerprinzip bekannt. Diese besteht aus einem oberen und einem unteren Dreiecksquerlenker. Weiterhin kommen eine Feder, ein Dämpfer, ein Radträger, ein Stabilisator und ein Lenksystem zum Einsatz. Die Lenkachse verläuft bei einer Radaufhängung nach dem Doppelquerlenkerprinzip durch die beiden Anbindungspunkte der Dreiecksquerlenker an den Radträger.
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Die gattungsbildende Schrift
DE 195 15 565 A1 beschreibt eine Hinterradaufhängung für ein hinterradgetriebenes Kraftfahrzeug. Zur Verbindung eines unteren Teils des Radträgers mit dem Fahrzeugchassis ist ein unterer Lenker vorgesehen. Ferner sind zwei Dämpfungselemente vorhanden, die jeweils aus einem Stoßdämpfer und einer Feder bestehen, und die jeweils zwischen einem Teilrahmen des Kraftfahrzeugs und einem unteren Lenker angeordnet sind, und zwar vor und hinter der Antriebswelle.
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DE 10 2007 047 786 A1 beschreibt eine Einzelradaufhängung für ein lenkbares Fahrzeugrad einer angetriebenen Fahrzeugachse. Die Einzelradaufhängung umfasst dabei einen um eine Drehachse drehbar angeordneten Achsschenkel, wobei dieser über einen oberen und einen unteren Lagerbolzen mit einem Federträger verbunden ist. Der Federträger ist im Bereich einer Antriebswelle derart ausgeführt ist, dass ein Freiraum für die Durchführung einer Antriebswelle entsteht.
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Bei einer Radaufhängung nach dem MacPherson-Prinzip kann auf den oberen Dreiecksquerlenker einer Doppelquerlenkerradaufhängung verzichtet werden. Dies spart Bauraum, der insbesondere bei Frontantriebsfahrzeugen für die Unterbringung des Getriebes und der Antriebswellen benötigt wird. Auf das Feder-Dämpferbein wirken allerdings Querkräfte. Diese erfordern eine besonders massive Ausführung der Kolbenstange und verschlechtern zudem das Ansprechverhalten der Federung. Der Dämpfer einer Radaufhängung nach dem Doppelquerlenkerprinzip ist hingegen querkraftfrei und wird ausschließlich in seiner Wirkrichtung belastet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu realisieren. Insbesondere sollen die Vorteile einer Radaufhängung nach dem MacPherson-Prinzip in Bezug auf die Verringerung des benötigten Bauraums mit der querkraftfreien Einbindung des Dämpfers einer Radaufhängung nach dem Doppelquerlenkerprinzip kombiniert werden. Die Radaufhängung soll also bei geringem Bauraumbedarf einen hohen Federungskomfort bieten.
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Diese Aufgabe wird durch eine Radaufhängung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach Anspruch 1 gelöst.
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Die Radaufhängung weist einen Dreiecksquerlenker oder zwei Einzelquerlenker, einen Radträger und eine Feder auf.
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Bei dem Dreiecksquerlenker handelt es sich um eine Aufhängungskomponente, welche den Radträger quer zur Fahrtrichtung mit einer Fahrzeugkarosserie koppelt. Der Dreiecksquerlenker ist in der Fahrzeugkarosserie um genau eine Drehachse drehbar gelagert. Diese Drehachse verläuft vorzugsweise in Fahrtrichtung.
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Ebenso handelt es sich bei einem Einzelquerlenker um eine Komponente der Radaufhängung, die dazu ausgebildet ist, den Radträger quer zur Fahrtrichtung an der Fahrzeugkarosserie abzustützen. Der Einzelquerlenker ist drehbar in der Fahrzeugkarosserie gelagert. Die Zahl der rotatorischen Freiheitsgrade ist dabei allerdings nicht beschränkt, sondern beträgt 3.
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Weder der Dreiecksquerlenker, noch die zwei Einzelquerlenker weisen gegenüber der Fahrzeugkarosserie einen translatorischen Freiheitsgrad auf.
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Mit dem Radträger sind der Dreiecksquerlenker oder die zwei Einzelquerlenker gelenkig verbunden. Die Zahl der zwischen dem Dreiecksquerlenker oder den zwei Einzelquerlenkern bestehenden rotatorischen Freiheitsgrade ist dabei nicht beschränkt, sondern beträgt 3. Ein translatorischer Freiheitsgrad besteht nicht. Entsprechend sind der Dreiecksquerlenker oder die zwei Einzelquerlenker bevorzugt über ein Kugelgelenk mit dem Radträger verbunden.
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Der Dreiecksquerlenker beschränkt genau zwei Freiheitsgrade, insbesondere zwei translatorische Freiheitsgrade, des Radträgers. Die zwei Einzelquerlenker sind vorzugsweise so angeordnet, dass sie als ein aufgelöster Dreiecksquerlenker wirken. Jeder Dreieckslenker beschränkt dabei genau einen Freiheitsgrad, insbesondere einen translatorischen Freiheitsgrad des Radträgers. Zusammen beschränken die zwei Einzelquerlenker somit den Radträger in genau zweien seiner Freiheitsgrade, insbesondere in zweien seiner translatorischen Freiheitsgrade.
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Die Feder ist, vorzugsweise in einem ersten Ende, gelenkig mit der Karosserie des Fahrzeugs verbindbar. Die Verbindung erfolgt derart, dass zwischen der Feder und der Karosserie drei rotatorische Freiheitsgrade und kein translatorischer Freiheitsgrad bestehen bleiben. Bevorzugt ist die Feder entsprechend mittels eines Kugelgelenks in der Karosserie gelagert.
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Ein zweites Ende der Feder ist mit dem Radträger verbunden. Erfindungsgemäß ist diese Verbindung starr, d. h. verdreh- und verschiebungsfrei, ausgestaltet. Sowohl seitens der Feder als auch seitens des Radträgers gibt es jeweils einen Bereich, der mit dem jeweils anderen Bereich die Verbindung ausbildet. In diesen Bereichen kann keine relative Verdrehung oder Verschiebung stattfinden. Die beiden Bereiche weisen also relativ zueinander keinen rotatorischen Freiheitsgrad und keinen translatorischen Freiheitsgrad auf.
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Weiterhin ist die Radaufhängung erfindungsgemäß so ausgebildet, dass die Feder Querkräfte, die auf den Radträger wirken, mindestens teilweise abstützen kann. Unter Querkräfte sind Kräfte zu verstehen, die in Querrichtung, das heißt quer zur Fahrtrichtung bzw. parallel zur Drehachse eines in dem Radträger gelagerten Rads wirken.
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Die Feder ist nicht die einzige Komponente der Radaufhängung, die Querkräfte abstützen kann. So können neben der Feder auch der Dreiecksquerlenker oder die zwei Einzelquerlenker Querkräfte abstützen. Vorzugsweise werden sämtliche auf den Radträger wirkenden Querkräfte von dem Dreiecksquerlenker oder den zwei Einzelquerlenkern und von der Feder abgestützt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Feder darüber hinaus auf den Radträger in Querrichtung wirkende Drehmomente, das heißt Drehmomente, dessen Richtung entlang der bzw. parallel zu der Drehachse des Rads verlaufen, mindestens teilweise abstützen. Beispielsweise handelt es sich bei einem Bremsmoment um ein solches in Querrichtung wirkendes Drehmoment.
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Neben der Feder können auch die der Dreiecksquerlenker oder die zwei Einzelquerlenker in Querrichtung wirkende Drehmomente abstützen. Vorzugsweise werden sämtliche in Querrichtung auf den Radträger wirkende Drehmomente von dem Dreiecksquerlenker oder den zwei Einzelquerlenkern und von der Feder jedes in Querrichtung auf den Radträger wirkende Drehmoment abstützen.
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Somit beschränken der Dreiecksquerlenker oder die zwei Einzelquerlenker zwei translatorische Freiheitsgrade des Radträgers. Zwei rotatorische Freiheitsgrade werden von der Feder beschränkt. Einen weiteren rotatorischen Freiheitsgrad beschränkt eine mit dem Radträger gekoppelte Lenkung. Es verbleibt ein translatorischer Freiheitsgrad, welcher der Federung des Rads dient. Entlang dieses translatorischen Freiheitsgrads ist die Feder federnd ausgebildet. Eine von der Feder aufgebrachte Federkraft wirkt also einer Einfederungsbewegung des Rads und des Radträgers entgegen.
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Da die Feder Querkräfte abstützen kann, ermöglicht die erfindungsgemäße Radaufhängung eine querkraftfreie Anbindung eines Dämpfers. In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Dämpfer entsprechend derart mit dem Radträger und der Karosserie gekoppelt, dass der Dämpfer ausschließlich in seiner Wirkrichtung belastet wird. Insbesondere wird der Dämpfer im Gegensatz zu dem Dämpfer eines MacPherson-Federbeins nicht orthogonal zu seiner Wirkrichtung belastet.
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Die Wirkrichtung des Dämpfers ist die Richtung, in der die Dämpfung stattfindet, in der also der Dämpfer eine Kraft aufbringt, die eine Dämpfung der Federbewegung des Radträgers bewirkt. Die Wirkrichtung verläuft durch ein erstes Befestigungsmittel, mit dem der Dämpfer an die Karosserie angebunden ist, und durch ein zweites Befestigungsmittel, mit dem der Dämpfer an den Radträger angebunden ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kommt als Feder eine Knickfeder zum Einsatz. Eine Knickfeder kennzeichnet sich durch einen C-förmig gebogenen Querschnitt aus. Im Querschnitt verläuft die Knickfeder also gekrümmt. Vorzugsweise verläuft die Knickfeder im Querschnitt entlang eines Sinusbogens oder entlang eines Kreisbogens. Die Feder verläuft dabei zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende.
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Das erste Ende ist, wie oben beschrieben, mit der Fahrzeugkarosserie verbindbar. Entsprechend ist das zweite Ende, wie oben beschrieben, verdreh- und verschiebungsfrei mit dem Radträger verbunden. Bei einer Einfederungsbewegung des Rads verringert sich der Abstand zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende. Dabei nimmt die Krümmung der Knickfeder zu. Auch die Auslenkung, das heißt der maximale Abstand zwischen der Knickfeder und einer geraden Verbindungslinie zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der Knickfeder nimmt zu.
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Bei der Knickfeder kann es sich insbesondere um eine gebogene Querblattfeder handeln.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 1a bis 1c dargestellt. Übereinstimmende Bezugszeichen kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt
- 1a eine Ansicht einer Radaufhängung von vorn;
- 1b eine Ansicht der Radaufhängung von oben; und
- 1c eine Ansicht der Radaufhängung von der Seite.
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Die in den 1a bis 1c dargestellte Radaufhängung 102 dient dazu, ein Rad 104 federnd und lenkbar zu führen. Das Rad 104 ist drehbar in einem Radträger 106 gelagert.
Zur Anbindung des Radträgers an eine Fahrzeugkarosserie 108 dienen ein Dreiecksquerlenker 110, eine Lenkstange 112 und eine Knickfeder 114. Die Knickfeder 114 ist in einem Bereich 116 verdreh- und verschiebungsfrei mit dem Radträger 106 verbunden. Darüber hinaus ist der Radträger 106 in einem ersten Kugelgelenk 118 mit dem Dreiecksquerlenker 110 verbunden. Ein zweites Kugelgelenk 120 verbindet die Knickfeder 114 mit der Karosserie 108.
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Das erste Kugelgelenk 108 und das zweite Kugelgelenk 120 definieren eine Lenkachse, um die der Radträger 106 verdrehbar ist. Den Grad dieser Verdrehung bestimmt die Position der Lenkstange 112.
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Der Dreiecksquerlenker 110 ist in einer ersten Buchse 122 und in einer zweiten Buchse 124 schwenkbar in der Karosserie 108 gelagert. Die erste Buchse 122 und die zweite Buchse 124 definieren dabei eine Achse, um welche der Dreiecksquerlenker 110 verschwenkt werden kann.
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Mit einer solchen Verschwenkung des Dreiecksquerlenkers 110 geht eine Einfederbewegung des Radträgers 106 und des Rads 104 einher. Dabei verringert sich der Abstand zwischen dem ersten Kugelgelenk 118 und dem zweiten Kugelgelenk 120. Dies wiederum bewirkt, dass die Knickfeder 114 gespannt wird. Dabei vergrößert sich die Biegung der Knickfeder 114. Die Knickfeder 114 wird also auf Biegung beansprucht.
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Die Knickfeder wird - aus der Perspektive von 1a und 1b betrachtet - nach links ausgelenkt. Aus der Perspektive von 1c betrachte wird die Knickfeder 114 nach vorne, d.h. aus der Zeichenebene heraus, ausgelenkt.
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Bezugszeichenliste
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- 102
- Radaufhängung
- 104
- Rad
- 106
- Radträger
- 108
- Fahrzeugkarosserie
- 110
- Dreiecksquerlenker
- 112
- Lenkstange
- 114
- Knickfeder
- 116
- Bereich
- 118
- erstes Kugelgelenk
- 120
- zweites Kugelgelenk
- 122
- erste Buchse
- 124
- zweite Buchse
