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Die vorliegende Erfindung betrifft ein lenkbares Flugzeugfahrwerk.
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Insbesondere bei Bugfahrwerken von Flugzeugen werden lenkbare Fahrwerke eingesetzt. Dadurch ist es möglich das Fahrwerk zur Lenkung des Flugzeugs während des Rollens am Boden zu nutzen.
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Jedoch umfasst ein lenkbares Flugzeugfahrwerk eine Vielzahl von Bauteilen, nimmt einen großen Bauraum ein und bringt demnach entsprechende Gewichtsnachteile mit sich.
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Typischerweise besteht ein Flugzeugfahrwerk aus einem Fahrwerksgehäuse, insbesondere einem Federbeinzylinder, und einem in das Fahrwerksgehäuse einschiebbaren Federbeinkolben, an welchem wiederum das Rad montiert ist. Die Grundform dieser beiden Bauteile ist typischerweise zylinderförmig. Von daher ist ohne Stabilisierung eine Drehung des Federbeinkolbens in dem Fahrwerksgehäuse möglich. Um die Ausrichtung des Federbeinkolbens in dem Fahrwerksgehäuse zu fixieren, gibt es zwischen diesen Bauteilen eine Drehmomentverbindung, die ein Verdrehen des Federbeinkolbens in dem Fahrwerksgehäuse verhindert.
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Diese Verbindung wird über sogenannte Torque-Links verwirklicht. In der Luftfahrsprache wird diese Anordnung auch „scissors” oder „nutcrackers” genannt. Grundlegende Bauteile dieser Anordnung sind immer der obere Torque-Link, der mit dem Fahrwerksgehäuse in einer Verbindung steht, und der untere Torque-Link, der mit dem Federbeinkolben in einer Verbindung steht. Darüber hinaus sind die beiden Torque-Links miteinander über ein Gelenk verbunden. Die Verbindung untereinander als auch mit ihren jeweiligen Bauteilen ist so ausgeführt, dass ein Ein- und/oder Ausfahren des Federbeinkolbens in das Fahrwerksgehäuse möglich ist. Eine ungewollte Verdrehung des Federbeinkolbens in dem Fahrwerksgehäuse wird durch diese Anordnung jedoch unterbunden.
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Lenkbare Flugzeugfahrwerke sind im Stand der Technik durch hydraulisch oder elektrisch betätigte Drehrohre, an denen der obere Torque-Link befestigt ist, verwirklicht. Typischerweise sind dabei quer zur Flugrichtung oder parallel zur Flugrichtung liegende Antriebe vorgesehen, die Zahnstange, Drehkranz und Drehrohr umfassen. Zu berücksichtigen dabei ist, dass die Drehrohre typischerweise über das Fahrwerkgehäuse geschoben sind und dadurch einer Lagerung eines entsprechend großen Durchmessers bedürfen. Eine andere Variante im Stand der Technik sind entsprechend angeordnete Aktuatoren, welche durch Umschaltventile als Zug- oder Druckaktuator wirken. Als weitere im Stand der Technik bekannte Antriebsalternative für ein lenkbares Flugzeugfahrwerk sind exzentrisch aber parallel gesetzte hydraulische Drehmotoren bekannt, die mit einem Ritzel in ein Drehrohr eingreifen. Bei einer elektrischen Umsetzung des Antriebsmotors sind diese typischerweise am Fahrwerksgehäuse exzentrisch und parallel montiert und greifen ebenfalls über ein Ritzel in einen Drehkranz, um ein Drehrohr anzutreiben. Allen im Stand der Technik bekannten Ausführungsformen ist es gemein, dass sie zur Umsetzung eines lenkbaren Flugzeugfahrwerks ein Drehrohr verwenden.
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Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist die Anzahl der drehenden Teile, das komplexe Design, die notwendige Schmierung der Drehrohrlager, das hohe Gewicht und die große Bauraumanforderung des lenkbaren Flugzeugfahrwerks.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die oben genannten Nachteile abzuschwächen bzw. zu überwinden. Dies gelingt mit einem lenkbaren Flugzeugfahrwerk, das sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Demnach umfasst das lenkbare Flugzeugfahrwerk ein Fahrwerksgehäuse zum Aufnehmen eines Federbeinkolbens, einen oberen Torque-Link zum Verbinden mit dem Fahrwerksgehäuse, einen unteren Torque-Link, der mit dem oberen Torque-Link und dem Federbeinkolben verbunden ist, und eine Antriebseinheit, die dazu ausgelegt ist, den Federbeinkolben in dem Fahrwerksgehäuse zu drehen. Das lenkbare Flugzeugfahrwerk ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Fahrwerksgehäuse zu dem unteren Torque-Link, die den oberen Torque-Link umfasst, ein erstes Drehgelenk und ein zweites Drehgelenkt aufweist, deren Drehachsen zueinander orthogonal sind, und das erste Drehgelenk durch die Antriebseinheit steuerbar ist.
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Das Fahrwerksgehäuse beschreibt hierbei einen Federbeinzylinder, zum Aufnehmen eines Federbeinkolbens. Das Fahrwerksgehäuse an sich ist fest mit dem Flugzeug bzw. dem Flugzeugrumpf verbunden und kann in einer Start- oder Landephase aus dem Flugzeug bzw. dem Flugzeugrumpf ausgefahren werden.
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Die Antriebseinheit ist dazu ausgelegt, eine Ausrichtung des Federbeinkolbens in dem Fahrwerksgehäuse zu steuern. So kann mit Hilfe der Antriebseinheit der Einschlagwinkel des Federbeinkolbens in dem Fahrwerksgehäuse gesteuert werden. Dies ist von Vorteil, da beim Rollen eines Flugzeugs auf dem Boden das nicht in das Fahrwerksgehäuse eingeschobene Ende mit einem Reifen verbunden ist, sodass ein Lenkwinkel mit dem lenkbaren Flugzeugfahrwerk eingestellt werden kann. Somit kann bei einem Rollen des Flugzeugs über der Antriebseinheit ein Lenken entlang der Gierachse erfolgen.
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Durch das Vorsehen von zwei Drehgelenken in der Verbindung des Fahrwerksgehäuses zu dem unteren Torque-Link ist eine besonders platzsparende Umsetzung eines lenkbaren Flugzeugfahrwerks möglich. Dabei muss lediglich das erste Drehgelenk eine zu dem zweiten Drehgelenk orthogonale Drehachse aufweisen. Dann reicht es aus, wenn die Antriebseinheit das erste Drehgelenk steuert.
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Durch die oben beschriebene Anordnung wird die Komplexität eines lenkbaren Flugzeugfahrwerks reduziert und der dafür benötigte Bauraum verringert.
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Vorzugsweise ist die Antriebseinheit direkt an dem ersten Drehgelenk oder über dem ersten Drehgelenk angeordnet, um eine Drehstellung des ersten Drehgelenks zu steuern.
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Ordnet man die Antriebseinheit wie vorstehend beschrieben an, werden herkömmlicherweise im Stand der Technik benutzte Elemente, wie beispielsweise ein Drehrohr, überflüssig. Durch das Ansetzen der Antriebseinheit direkt an das erste Drehgelenk verringern sich zudem die zur Steuerung des Flugzeugfahrwerks notwendigen Bauteile. Zudem ist der Bauraum für die Antriebseinheit, die nun direkt an den oberen Torque-Link angeordnet ist, weiter verringert.
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Nach einem weiteren optionalen Merkmal der vorliegenden Erfindung weist die Antriebseinheit eine Ausgangswelle auf, die mit dem ersten Drehgelenk verbunden ist. Vorzugsweise ist dieses direkt mit dem ersten Drehgelenk verbunden. Dadurch werden weitere Umlenkanordnungen von der Antriebseinheit auf die zu lenkenden Teile in dem lenkbaren Flugzeugfahrwerk überflüssig. Beispielsweise kann die Ausgangswelle der Antriebseinheit direkt in das Drehgelenk eingreifen. Rotiert man nun die Ausgangswelle, dreht sich in einem entsprechenden Verhältnis auch das Drehgelenk, was schlussendlich zu einem Drehen des Federbeinkolbens in dem Fahrwerksgehäuse führt.
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Vorzugsweise verläuft dabei die Ausgangswelle der Antriebseinheit koaxial oder achsparallel zur Drehachse des ersten Drehgelenks. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Anordnung der Antriebseinheit möglich.
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Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der obere Torque-Link zwei Hauptelemente die miteinander über das erste Drehgelenk verbunden sind. Zudem ist die Antriebseinheit an dem oberen Torque-Link angeordnet, um eine Drehstellung der zwei Hauptelemente zueinander über das erste Drehgelenk steuern zu können. Durch Anbringen der Antriebseinheit an den oberen Torque-Link ist eine separate Befestigungvorrichtung an dem Fahrwerksgehäuse nicht mehr länger nötig. Zudem kann die Antriebseinheit den zwei Hauptelemente umfassenden oberen Torque-Link in ihrer Stellung zueinander verdrehen. Ist nun eines der Hauptelemente fest mit dem Fahrwerksgehäuse verbunden, sodass eine Verdrehung der beiden Hauptelemente zueinander nur zu einer Verdrehung des nicht mit dem Fahrwerksgehäuse verbundenen Hauptelement führt, wird über die Verbindung mit dem unteren Torque-Element der Federbeinkolben in dem Fahrwerksgehäuse entsprechend verdreht.
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Die oben beschriebene Ausführungsform stellt eine besonders platzsparende Umsetzung der Erfindung dar, die zudem auf eine Vielzahl von herkömmlicherweise verwendeten rotierenden Elementen verzichten kann.
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Nach einer Fortbildung dieser Ausführungsform ist eines der zwei Hauptelemente des oberen Torque-Links über das zweite Drehgelenk mit dem Fahrwerksgehäuse verbunden. Dabei ist wichtig, dass die Drehachsen von dem ersten Drehgelenk und dem zweiten Drehgelenk linear unabhängig zueinander sind. Zudem kann das andere der zwei Hauptelemente, also das nicht direkt über das zweite Drehgelenk mit dem Fahrwerksgehäuse in Verbindung stehende Hauptelement, über ein drittes Gelenk mit dem unteren Torque-Link verbunden sein.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Fahrwerksgehäuse einen Flanschbereich auf, in dem ein erstes Drehgelenk, insbesondere eine Drehplatte, aufgenommen ist, wobei das erste Drehgelenk über ein an dem ersten Drehgelenk befestigtes zweites Drehgelenk mit dem oberen Torque-Link verbunden ist, und die Antriebseinheit dazu ausgelegt ist, das erste Drehgelenk zu drehen.
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Dabei kann als erstes Drehgelenk eine Drehplatte in den Flanschbereich vorgesehen sein. Dies bedeutet, das in dem von dem Fahrwerksgehäuse abstehenden Flanschbereich eine rotierbare Platte enthalten ist, die nur entlang der Drehachse der Drehplatte einen Freiheitsgrad besitzt ansonsten jedoch in dem Flanschbereich in den anderen beiden Freiheitsgraden fest verankert ist. Zudem weist das erste Drehgelenk bzw. die Drehplatte ein an ihr befestigtes oder mit ihr in fester Verbindung stehendes zweites Drehgelenk auf, mit dem der obere Torque-Link verbunden ist. Dabei ist vorzugsweise die Antriebseinheit an der einen flächigen Seite der Drehplatte angeordnet und das zweite Drehgelenk an der dazu abgewandten flächigen Seite der Drehplatte mit der Drehplatte verbunden.
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Vorzugsweise ist das erste Drehgelenk in dem Flanschbereich so aufgenommen, dass die Drehachse des ersten Drehgelenks parallel oder in etwa parallel zur Aufnahmerichtung des Federbeinkolbens beim Einschieben in das Fahrwerksgehäuse ist. Dadurch ist es möglich, die zum Antrieb des ersten Drehgelenks benötigte Antriebseinheit besonders platzsparend an den Flanschbereich anzuordnen.
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Nach einem weiteren optionalen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Flanschbereich senkrecht zur Aufnahmerichtung des Federbeinkolbens vom Fahrwerksgehäuse auskragt, und/oder der Flanschbereich am unteren Ende des Fahrwerksgehäuses angeordnet ist.
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Typischerweise ist die Grundform des Fahrwerksgehäuses ein Zylinder, sodass dieser eine Rotationsachse besitzt. Dabei ist der Flanschbereich in einer Ebene ausgebildet, zu der die Rotationsachse bzw. die Aufnahmerichtung des Federbeinkolbens in das Fahrwerksgehäuse eine Normale dazu bildet. Zudem kann vorgesehen sein, dass der Flanschbereich an dem vom Flugzeugrumpf entfernten Ende des Fahrwerksgehäuses angeordnet ist. Dadurch ist eine besonders kurze Ausführung einer Ausgabewelle der Antriebseinheit, die die Kraft auf das erste Drehgelenk überträgt, möglich.
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Ferner kann eine der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung so ausgebildet sein, dass das dritte Gelenk einen Mechanismus zum Trennen des oberen Torque-Links von dem unteren Torque-Link aufweist. Das den oberen Torque-Link mit dem unteren Torque-Link verbindende dritte Gelenk wird bei einem Abschleppen des Flugzeugs geöffnet, sodass der untere Torque-Link mit einem Schleppfahrzeug verbunden werden kann. Dann kann das Schleppfahrzeug den Lenkwinkel des Bugrads durch Drehen des Federbeinzylinders mit Hilfe des unteren Torque-Links steuern.
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Vorzugsweise ist das dritte Gelenk ein kardanisches Gelenk oder ein Drehgelenk. Bei Ausführung als kardanisches Gelenk ist von Vorteil, dass es eine auftretende Schwenkwinkeldifferenz ausgleichen kann.
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Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung umfasst das zweite Drehgelenk eine Gabel-Augen-Verbindung, die vorzugsweise mit einem Bolzen gesichert wird. Diese Art der Verbindung ermöglicht eine robuste Drehverbindung, wobei gleichzeitig die Entkoppelung der beiden Bauteile von Gabel und Auge schnell durchführbar ist. Dabei weist das zweite Drehgelenk also entweder eine Gabel oder ein Auge einer Gabel-Augen-Verbindung auf.
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Darüber hinaus kann die Erfindung eine Ausgangswelle der Antriebseinheit aufweisen, wobei die Ausgangswelle einen taillierten Abschnitt aufweist, der bei einer Überlastung als Sollbruchstelle dient. So wird die Antriebseinheit vor einem Überlasten, das von den Fahrwerksreifen oder einem Abschleppvorgang herrühren kann, geschützt. Tritt ein solcher Überlastungsfall auf, bricht die Ausgangswelle an der dafür vorgesehenen Stelle, nämlich dem taillierten Abschnitt. Da die Ausgangswelle leicht zu ersetzen ist, hält sich der Schaden in einem solchen Überlastfall in Grenzen. Der Antriebsmotor 3, 4 wird dadurch vor Beschädigungen geschützt.
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Vorzugsweise weist die Antriebseinheit einen Motor und ein Getriebe auf. Dabei dient das Getriebe dazu, das vom Motor gelieferte Drehmoment in das entsprechende erforderliche Drehmoment zu wandeln.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform der Erfindung, und
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2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 erkennt man das Fahrwerksgehäuse 10 (= Federbeinzylinder), in dem teilweise ein Federbeinkolben 11 eingeschoben ist. Ferner erkennt man einen vom Fahrwerksgehäuse abgehenden oberen Torque-Link 7, der an seinem vom Fahrwerksgehäuse 10 entfernten Ende in Verbindung mit dem unteren Torque-Link 9 in Verbindung steht. Der untere Torque-Link 9 steht mit dem Federbeinkolben 11 in Verbindung. Im Wesentlichen weisen die beiden Torque-Links 7, 9 die Grundform eines auf der Seite liegenden „V” auf. Der zwischen diesen zwei Schenkeln herrschende Winkel variiert in Abhängigkeit eines Einschubs des Federbeinkolbens 11 in das Fahrwerksgehäuse 10. Dabei ist der obere Torque-Link 7 über ein zweites Drehgelenk 2 mit dem Fahrwerksgehäuse 10 verbunden. Die Drehachse 12 des zweiten Drehgelenks 2 ist dabei senkrecht zur Einschieberichtung/Ausdrückrichtung des Federbeinkolbens 11 in das Fahrwerksgehäuse 10.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das zweite Drehgelenk 2 durch eine Gabel-Auge-Verbindung 15 umgesetzt. Auch der untere Torque-Link 9 ist über ein viertes Drehgelenk 14 mit dem Federbeinkolben 11 verbunden. Die Drehachse des vierten Drehgelenks 14 ist im Wesentlichen parallel zu der Drehachse 12 des zweiten Drehgelenks 2. Darüber hinaus sind der obere Torque-Link 7 und der untere Torque-Link 9 an ihren Verbindungspunkt über ein drittes Gelenk 8 miteinander verbunden. Dieses dritte Gelenk 8 weist ebenfalls eine zur Drehachse 12 des zweiten Drehgelenks 2 bzw. zur Drehachse des vierten Drehgelenks 14 parallele Drehachse auf.
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Zudem umfasst in der oben beschriebenen Ausführungsform der obere Torque-Link 7 einen ersten Hauptbestandteil 71 und einen zweiten Hauptbestandteil 72, die über ein erstes Drehgelenk 1 miteinander in Verbindung stehen. Das erste Hauptelement 71 verläuft dabei im Wesentlichen von dem ersten Drehgelenk 1 zu dem dritten Gelenk 8 und das zweite Hauptelement 72 von dem zweiten Drehgelenk 2 zu dem ersten Drehgelenk 1. Ferner ist das erste Drehgelenk 1 so orientiert, dass dessen Drehachse 6 senkrecht zur Drehachse 12 des zweiten Drehgelenks 2 ist. Zudem ist direkt an dem ersten Drehgelenk 1 die Antriebseinheit 3, 4 zum Antreiben des ersten Drehgelenks 1 angeordnet.
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Zusammenfassend kann man sagen, dass die Antriebseinheit 3, 4 auf dem oberen Torque-Link 7 platziert ist. Dadurch kann ein Verdrehen des Federbeinkolbens 11 in dem Fahrwerksgehäuse 10 durch ein entsprechendes Ansteuern der Antriebseinheit 3, 4 erlangt werden, wobei sich dabei der Winkel zwischen dem ersten Hauptelement 71 und dem zweiten Hauptelement 72 des oberen Torque-Links 7 ändert. Entsprechend ändert sich auch die Ausrichtung des unteren Torque-Links 9, da dieser über das dritte Gelenk 8 mit dem ersten Hauptelement 71 in Verbindung steh. Über eine Drehung des unteren Torque-Elements wird dann der Federbeinkolben 11 gedreht. Die vorhandenen Gelenke 8, 14 stehen einem Verdrehen des Federbeinkolbens 11 bei einer Auslenkung des ersten Hauptelements 71 um die Drehachse 6 des ersten Drehgelenks 1 nicht entgegen.
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2 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Man erkennt erneut das Fahrwerksgehäuse 10, in dem der Federbeinkolben 11 teilweise aufgenommen ist. Zudem ist auch die im Wesentlichen einem auf der Seite liegenden „V” entsprechende Anordnung von oberen Torque-Link 7 und unteren Torque-Link 9, die über ein drittes Gelenk 8 miteinander an den sogenannten Kniepunkt verbunden sind, zu erkennen. Auch ist der untere Torque-Link 9 über ein viertes Drehgelenk 14 mit dem Federbeinkolben 11 verbunden.
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Unterschiede zur vorausgehend beschriebenen Ausführungsform sind in der Anbindung des oberen Torque-Links 7 an das Fahrwerksgehäuse 10 sowie der Anordnung der Antriebseinheit 3, 4 und des ersten Drehgelenks 1 zu erkennen. Im Wesentlichen bezieht sich der Unterschied zur vorausgehend beschriebenen Ausführungsform auf die Anordnungsreihenfolge (ausgehend von dem Fahrwerksgehäuse 10) des ersten Drehgelenks 1 und des zweiten Drehgelenks 2. Im Unterschied zur vorausgehend beschriebenen Ausführungsform sind diese in dieser Ausführungsform vertauscht angeordnet. Das heißt ausgehend von dem Fahrwerksgehäuse 10 ist erst das erste Drehgelenk 1 und danach das zweite Drehgelenk 2 angeordnet, bevor eine Verbindung über das dritte Drehgelenk 8 mit dem unteren Torque-Link 9 erreicht wird.
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Zur Anordnung des ersten Drehgelenks 1 ist ein Flanschbereich 13 an dem Fahrwerksgehäuse 10 vorgesehen. Der Flanschbereich 13 ist eine flächige Auskragung, deren Flächenebene im Auskragungsbeispiel im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Fahrwerksgehäuse 10 (= Federbeinzylinder) ist. In diesem Flanschbereich 13 ist ein erstes Drehgelenk 1 in Form einer Drehplatte so gelagert, dass es sich nur entlang der Drehachse 6 drehen kann. Die Bewegung der Drehplatte in andere Freiheitsgrade als um die Drehachse 6 ist durch die Aufnahme in dem Flanschbereich 13 im Wesentlichen unterbunden. An der vom Federbeinkolben 11 abgewandten flächigen Seite des Flanschbereichs 13 ist die Antriebseinheit 3, 4 angeordnet. Dabei kann die Antriebseinheit 3, 4 direkt oberhalb der Drehplatte angeordnet sein, sodass ein Eingriff einer Ausgangswelle 5 der Antriebseinheit 3, 4 besonders einfach umzusetzen ist. Die eine Rotation der Ausgangswelle 5 führ demnach zu einer Drehung der Drehplatte 1.
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Dabei weist die Drehplatte an dem zur Antriebseinheit 3, 4 abgewandten Seite ein zweites Drehgelenk 2 auf. Das zweite Drehgelenk ist fest oder einstückig mit der Drehplatte ausgebildet. Die Drehachse 12 des zweiten Drehgelenks 2 ist senkrecht zur Drehachse 6 der Drehplatte (= erstes Drehgelenk 1).
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Das zweite Drehgelenk ist mit den oberen Torque-Link verbunden.
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In dieser Ausführungsform ist eine besonders einfache Anbringung der Antriebseinheit 3, 4 an dem Flanschbereich 13 möglich.
