DE102015212575A1

DE102015212575A1 - Radaufhängung

Info

Publication number: DE102015212575A1
Application number: DE102015212575.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Knoll; Frank Haverkamp; Witalij Knaub; Knut Heidsieck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-01-12

Abstract

Eine Radaufhängung (1) für ein lenkbares Fahrzeugrad (3), aufweisend einen Radträger (5), gegenüber dem das Fahrzeugrad (3) um eine Laufachse (6) drehbar gelagert ist, sowie eine höhenbeweglich an einen Fahrzeugaufbau (2) anbindbare Trageinrichtung (4), zeichnet sich dadurch aus, dass der Radträger (5) mittels einer seitlich neben dem Fahrzeugrad (3) befindlichen Lageranordnung (7) um eine Lenkachse (8) schwenkbar gegenüber der Trageinrichtung (4) gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein lenkbares Fahrzeugrad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der Kraftfahrzeugtechnik sind Radaufhängungen für lenkbare Fahrzeugräder seit langem bekannt. Ganz allgemein dienen diese dazu, ein um seine Laufachse drehbares Fahrzeugrad gegenüber dem Fahrzeugaufbau so zu lagern, dass sich dieses zudem lenken lässt, um letztlich die Fahrtrichtung des Fahrzeugs beeinflussen zu können.
Im Rahmen zukünftiger Mobilitätskonzepte verändern sich die Anforderungen an das Fahrwerk unter anderem dahingehend, dass die Wendigkeit der Fahrzeuge – insbesondere beim Rangieren, wie beispielsweise beim Ein- oder Ausparken – deutlich erhöht werden soll. Eine mögliche Maßnahme zur Umsetzung dieser Anforderung besteht darin, den mit herkömmlichen Radaufhängungen erzielbaren Lenkwinkel deutlich zu erhöhen. Heute verbreitete Radaufhängungen sind üblicherweise auf einen Lenkwinkel von etwa 50° Grad begrenzt. Eine Erhöhung dieses Lenkwinkels führt bei derartigen Radaufhängungen konstruktionsbedingt zu einer Kollision des Fahrzeugrads mit radführenden Teilen, wie zum Beispiel den unteren Querlenkern im Fall einer Doppelquerlenkerachse.
Aus der japanischen Offenlegung JP 6183365 A2 ist eine Radaufhängung für ein lenkbares Fahrzeugrad bekannt, deren Radträger, gegenüber dem das Fahrzeugrad um eine Laufachse drehbar gelagert ist, mittels einer zentralen, oberhalb des Fahrzeugrades angeordneten Lageranordnung um eine Lenkachse drehbar gelagert ist. Die Lageranordnung ist mit einer bogenförmigen Trageinrichtung verbunden, welche über zwei Trapezlenker höhenbeweglich an den Fahrzeugaufbau anbindbar ist. Eine unmittelbare Anbindung des Radträgers an den Fahrzeugaufbau mittels Querlenkern entfällt somit, so dass prinzipbedingt keine Kollisionen zwischen Fahrzeugrad und Querlenkern auftreten können. Daher lassen sich auch über 90° Grad liegende Lenkwinkel realisieren.
Bei der Radaufhängung gemäß JP 6183365 A2 ist weiterhin der Radträger mit einem als Lenkaktuator dienenden Motor verbunden, der sich in der oberhalb des Fahrzeugrades angeordneten Lageranordnung befindet. Zudem ist im Bereich der Lageranordnung ein Hebel vorgesehen, der den Radträger mit einer Spurstange koppelt. Es gibt somit zwei separate Lenkeinheiten, wobei in normalen Fahrsituationen die Spurstange die Fahrtrichtung steuert, während zum Rangieren auf geringem Raum der Elektromotor zum Einsatz kommt.
An dem Konzept gemäß JP 6183365 A2 ist zunächst die verhältnismäßig hohe Bauhöhe als nachteilig anzusehen. Bei herkömmlichen Personenkraftwagen ließe sich eine Integration in den übrigen Fahrzeugaufbau nur mit verhältnismäßig hohem Umbauaufwand verwirklichen.
Weiterhin werden sämtliche am Radträger auftretenden Kräfte und Momente in einem verhältnismäßig hohem Punkt abgestützt, welcher nämlich oberhalb des Fahrzeugrades liegt, weshalb die dort auftretenden Lagerkräfte sehr hoch sind. Entsprechend müssen für die dortige Lagerung sehr große und damit teure Lager zum Einsatz kommen und/oder müsste ein großer Lagerabstand gewählt werden, was wiederum die erforderliche Bauhöhe der Lageranordnung insgesamt nochmals erhöht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Radaufhängung für ein lenkbares Fahrzeugrad anzugeben, mit welcher sich auch sehr große Lenkwinkel, insbesondere über 90° Grad liegende Lenkwinkel erzielen lassen und welche sich mit verhältnismäßig geringem Aufwand in herkömmliche Fahrzeugkonzepte integrieren lässt.
Die genannte Aufgabe wird gelöst, durch eine Radaufhängung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Es handelt sich dabei um eine Radaufhängung für ein lenkbares Fahrzeugrad, aufweisend einen Radträger, gegenüber dem das Fahrzeugrad um eine Laufachse drehbar gelagert ist, sowie eine höhenbeweglich an einen Fahrzeugaufbau anbindbare Trageinrichtung, wobei sich die Radaufhängung dadurch auszeichnet, dass der Radträger mittels einer seitlich neben dem Fahrzeugrad befindlichen Lageranordnung um eine Lenkachse schwenkbar gegenüber der Trageinrichtung gelagert ist.
Dabei wurde zunächst erkannt, dass es zur Erzielung sehr großer Lenkwinkel erforderlich ist, den das Fahrzeugrad aufnehmenden Radträger so zu lagern, dass sich dieser mitsamt des von diesem gehaltenen Fahrzeugrads ohne Kollisionen mit Querlenkern um eine Lenkachse schwenken lässt. Zur Vermeidung einer großen Bauhöhe sowie zur Verringerung auftretender Lagerkräfte wurde erfindungsgemäß die Idee entwickelt, den Radträger mittels einer seitlich neben dem Fahrzeugrad befindlichen Lageranordnung um die Lenkachse schwenkbar gegenüber der Trageinrichtung zu lagern.
Gegenüber der aus JP 6183365 A2 bekannten Lösung lässt sich mit der erfindungsgemäßen Lösung der Vorteil einer insgesamt niedrigen Anbindung erzielen, da die Lageranordnung aufgrund der seitlich neben dem Fahrzeugrad vorgesehenen Positionierung verhältnismäßig niedrig liegt. Die von der Lageranordnung abzustützenden Kräfte und Momente, die zwischen Radträger und Trageinrichtung wirken, sind aufgrund der damit geschaffenen Verhältnisse deutlich niedriger. Der konstruktive Aufwand für die Lagerung sowie auch das Gewicht der Lagerung fallen somit geringer aus. Bei zweckgemäßer Gestaltung der Trageinrichtung, welche höhenbeweglich an den Fahrzeugaufbau anbindbar ist und somit als Bindeglied zwischen Radträger und Fahrzeugaufbau dient, lassen sich prinzipbedingt auch sehr große Lenkwinkel erzielen, ohne dass es zu einer Kollision des Fahrzeugrades oder des Radträgers mit nicht gelenkten Komponenten des Fahrwerks kommt. Der Trageinrichtung kommt dabei die Funktion eines Radträgers einer konventionellen Hinterachse zu, wobei die Lenkfunktion durch einen rotatorischen Freiheitsgrad zwischen Trageinrichtung und Radträger verwirklicht wird.
Die erfindungsgemäß beschriebene Radaufhängung für ein lenkbares Fahrzeugrad lässt sich grundsätzlich an unterschiedliche Fahrzeugaufbauten anbinden, zudem lässt sich die Radaufhängung prinzipiell für ein vorderes, hinteres und/oder sonstiges Fahrzeugrad einsetzen. Zur Erzielung der gewünschten Lenkfunktion erstreckt sich die Lenkachse zweckmäßiger Weise im Wesentlichen in einer vertikalen Richtung.
Die erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Trageinrichtung kann auf ganz unterschiedliche Weise gestaltet sein. Grundfunktion der Trageinrichtung ist die schwenkbare Lagerung des Radträgers um die Lenkachse sowie die höhenbewegliche Anbindung an den Fahrzeugaufbau. Zu letzterem Zweck ist vorteilhaft die Trageinrichtung mittels einer einen Freiheitsgrad aufweisenden Mehrlenkeranordnung an den Fahrzeugaufbau anbindbar. Vorteilhaft umfasst die Mehrlenkeranordnung dabei fünf Lenker, bei denen es sich beispielsweise jeweils um sogenannte Zweipunktlenker handelt. Die Mehrlenkeranordnung gewährleistet, dass sich die Trageinrichtung vorzugsweise mit genau einem Freiheitsgrad in der Höhe gegenüber dem Fahrzeugaufbau bewegen lässt. Durch eine vorteilhaft vorgesehene federnde und dämpfende Abstützung der Trageinrichtung gegenüber dem Fahrzeugaufbau ist die Trageinrichtung auf diese Weise gegenüber dem Fahrzeugaufbau gefedert und gedämpft, wodurch sich der Fahrkomfort erhöht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Radaufhängung sind die zum Einsatz kommenden Lenker derart gestaltet, dass ein Lenker über ein trägerseitiges Gelenk mit der Trageinrichtung verbunden ist und über ein fahrzeugaufbauseitiges Gelenk mit dem Fahrzeugaufbau verbindbar ist. Wenn also, wie zuvor vorgeschlagen, sogenannte Zweipunktlenker zum Einsatz kommen, weist ein solcher Lenker an seinen beiden sich gegenüberliegenden Enden jeweils ein Gelenk auf. Dabei sind vorteilhaft die trägerseitigen Gelenke, das heißt die Gelenke, die den Lenker mit der Trageinrichtung verbinden, voneinander beabstandet.
Eine besonders bauraumsparende Anordnung der Lenker lässt sich vorteilhaft erzielen, indem die zum Einsatz kommenden mehreren Lenker eine zum Fahrzeugaufbau hin gerichtete im Wesentlichen seitliche Erstreckung aufweisen. Die Trageinrichtung ist durch die damit erzielte Pfeilung der Lenker zum Fahrzeugaufbau hin seitlich an den Fahrzeugaufbau angebunden, so dass sich die Radaufhängung mit verhältnismäßig geringer Bauhöhe gestalten lässt.
Vorteilhaft weisen eine Mehrzahl, vorzugsweise sämtliche der trägerseitigen Gelenke gegenüber einer durch die Laufachse verlaufenden fiktiven Horizontalebene einen Abstand auf, der betragsmäßig geringer als der Außenradius des Fahrzeugrades ist. Eine derartige Anbindung trägt zu einer geringen Bauhöhe der Radaufhängung bei. Weiterhin lassen sich auf diese Weise die Lagerkräfte in den trägerseitigen Gelenken verhältnismäßig gering halten.
Die zuvor beschriebene Anbindung beziehungsweise Platzierung der Gelenke lässt sich vorteilhaft dadurch verwirklichen, dass die Trageinrichtung einen gekrümmten, insbesondere bogenförmigen Halteabschnitt aufweist, der so außerhalb einer bei Lenkbewegungen des Fahrzeugrades überstrichenen Hüllkurve des Fahrzeugrades verläuft, dass dieses kollisionsfrei um die Lenkachse schwenkbar ist. Der gekrümmte, insbesondere bogenförmige Halteabschnitt der Trageinrichtung ermöglicht somit kollisionsfreie Lenkbewegungen des Radträgers sowie zugleich eine niedrige Anbindung an den Fahrzeugaufbau.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind mehrere der trägerseitigen Gelenke über den gekrümmten Verlauf des Halteabschnitts voneinander beabstandet positioniert. Durch die Wahl großer Abstände der Gelenke zueinander lassen sich die jeweils auftretenden Lagerkräfte in den Gelenken vorteilhaft reduzieren.
Zur Lagerung des Radträgers gegenüber der Trageinrichtung ist vorteilhaft der Trageinrichtung eine Aufnahme zugeordnet, die den Radträger mittels der Lageranordnung schwenkbar aufnimmt. Bevorzugt ist die Aufnahme in Form einer koaxial zur Lenkachse angeordneten Aufnahmehülse ausgebildet, die vorzugsweise integraler Bestandteil der Halteeinrichtung ist. Die Aufnahmehülse nimmt dabei vorteilhaft die Lageranordnung in sich auf und schützt diese nach außen gegenüber der Umgebung.
Zur Erzielung einer geringen Bauhöhe liegt die Lageranordnung vorteilhaft zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig innerhalb einer bei Lenkbewegungen des Fahrzeugrades überstrichenen Hüllkurve des Fahrzeugrades. Indem die Lageranordnung somit verhältnismäßig nahe der Laufachse des Fahrzeugrades angeordnet ist, treten an der Lageranordnung verhältnismäßig geringe Lagerkräfte auf.
Es sind verschiedene Gestaltungen für die Lageranordnung denkbar. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Lageranordnung eine Wälzlageranordnung, insbesondere bestehend aus zwei von einander beabstandeten Kegelrollenlagern, mittels derer der Radträger drehbar gegenüber der Aufnahme der Trageinrichtung gelagert ist. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen seitlichen Anordnung der Lageranordnung lässt sich ohne Vergrößerung der Bauhöhe ein verhältnismäßig großer Abstand zwischen den Kegelrollenlagern wählen, so dass die jeweils an den Lagern auftretenden Kräfte verhältnismäßig klein sind und folglich die Lager entsprechend klein dimensioniert werden können.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Radaufhängung sieht vor, dass die Lenkachse gegenüber der Fahrzeughochachse um einen Spreizungswinkel geneigt ist. Dabei kann die Lenkachse beispielsweise innerhalb einer Y-Z-Ebene (bezogen auf die Fahrzeugkoordinaten) liegen. Durch den Spreizungswinkel ergibt sich der vorteilhafte Effekt einer Lenkrückstellung.
Die Radaufhängung ist vorteilhaft so gestaltet, dass der Radträger gegenüber der Trageinrichtung ausgehend von einer Nullstellung bei Geradeauslauf des am Radträger angeordneten Fahrzeugrades sowohl nach links als auch nach rechts um einen Winkel von jeweils wenigstens 90° Grad um die Lenkachse schwenkbar ist. Unter dem Geradeauslauf des Fahrzeugrades ist dabei eine Parallelausrichtung zur Fahrzeuglängsrichtung entsprechend der X-Achse zu verstehen. Besonders bevorzugt lässt sich der Radträger beschränkungsfrei (360° Grad) um die Lenkachse schwenken.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Radaufhängung ist in den Radträger eine Antriebseinheit zum Antrieb des Fahrzeugrades integriert. In diesem Fall kommt der Radaufhängung eine zusätzliche Funktion zu, indem diese zum Antrieb des Fahrzeugs beitragen kann. Es sind unterschiedlich gestaltete Antriebseinheiten denkbar, welche sich in den Radträger integrieren lassen. Eine in konstruktiver Hinsicht zu bevorzugende Weiterbildung sieht einen elektrischen Antrieb vor, da sich dieser mit verhältnismäßig geringem Bauraum in den Radträger integrieren lässt, so dass der Radträger weiterhin in hohem Maße schwenkbeweglich ist.
Zweckmäßiger Weise ist dem Radträger und/oder der Trageinrichtung ein Lenkantrieb zugeordnet, mit dem sich der Radträger gegenüber der Trageinrichtung um die Lenkachse schwenken lässt. Die Radaufhängung ist in diesem Fall als selbständig lenkfähige Einheit anzusehen, wobei der Lenkwinkel mechanisch vollständig entkoppelt ist von einer Lenkeinrichtung (Lenkrad) und/oder vom Lenkwinkel einer möglicherweise weiteren am Fahrzeug vorgesehenen Radaufhängung.
Zur Erzielung eines hinreichenden Fahrkomforts zeichnet sich die Radaufhängung vorteilhaft durch zwischen Fahrzeugaufbau und Trageinrichtung wirkende Mittel zur Federung und/oder Dämpfung aus.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Daraus ergeben sich auch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Wirkungen der Erfindung.
In der Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht einer Radaufhängung von schräg oben,
2 die Radaufhängung aus 1 in Ansicht von hinten,
3 eine Explosionsdarstellung eines Radträgers, der in den 1 und 2 gezeigten Radaufhängung,
4 eine weitere Explosionsdarstellung des Radträgers,
5a eine perspektivische Ansicht eines Radträgers mit zugeordnetem Lenkantrieb gemäß einer ersten Variante,
5b einen Radträger mit Lenkantrieb gemäß zweiter Variante,
5c einen Radträger mit Lenkantrieb gemäß dritter Variante,
5d einen Radträger mit Lenkantrieb gemäß vierter Variante,
6 eine Radaufhängung in teilweise vereinfachter Darstellung mit einer alternativ ausgeführten Mehrlenkeranordnung.
1 zeigt eine Radaufhängung 1 für ein lenkbares Fahrzeugrad 3 in perspektivischer Ansicht von schräg oben. Die Radaufhängung 1 umfasst im Wesentlichen einen Radträger 5 sowie eine Trageinrichtung 4. Ein Fahrzeugrad 3 ist gegenüber dem Radträger 5 um eine Laufachse 6 drehbar gelagert. Die Trageinrichtung 4 ist mittels einer Mehrlenkeranordnung 9 höhenbeweglich an einen Fahrzeugaufbau 2 – nicht näher dargestellt, sondern nur durch das Bezugszeichen 2 angedeutet, da dieser nicht Bestandteil der Erfindung ist – anbindbar. Der Radträger 5 ist mittels einer seitlich neben dem Fahrzeugrad 3 befindlichen Lageranordnung 7 um eine Lenkachse 8 schwenkbar gegenüber der Trageinrichtung 4 gelagert.
Die Trageinrichtung 4 weist einen bogenförmig gekrümmten Halteabschnitt auf, der sich annähernd teilkreisförmig um die Laufachse 6 erstreckt. Der bogenförmige Halteabschnitt verläuft so außerhalb einer bei Lenkbewegungen des Fahrzeugrades 3 überstrichenen Hüllkurve, dass das Fahrzeugrad 3 auch bei Lenkbewegungen des Radträgers 5 um die Lenkachse 8 kollisionsfrei schwenkbar ist. Der bogenförmige Halteabschnitt der Trageinrichtung 4 umgibt die Laufachse 6 über einen mehr als 180° Grad betragenden Teilkreisbogen. Wie in 1 dargestellt und wie zudem in 2 zu sehen, welche die in 1 dargestellte Radaufhängung 1 in Ansicht von hinten zeigt, befinden sich ein vorderes (bezogen auf die Fahrzeuglängsachse, bezeichnet mit x) Ende des bogenförmigen Halteabschnitts sowie ein hinteres Ende des bogenförmigen Halteabschnitts unterhalb der Laufachse 6 des Fahrzeugrads 3.
Die Trageinrichtung 4 ist mittels einer Mehrlenkeranordnung 9 an den Fahrzeugaufbau 2 anbindbar. Die Mehrlenkeranordnung 9 umfasst gemäß dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel fünf Lenker 10, bei denen es sich um sogenannte Zweipunktlenker handelt. Zur Verallgemeinerung sind diese Zweipunktlenker 10 lediglich in Prinzipdarstellung abgebildet. Jeder der fünf Lenker 10 weist an einem seiner Enden ein Gelenk 11 und an dem diesem gegenüberliegenden Ende ein Gelenk 12 auf. Dabei ist das jeweils trägerseitige Gelenk 11, das heißt das der Trageinrichtung 4 zugewandte Gelenk, mit der Trageinrichtung 4 verbunden, und ist das fahrzeugaufbauseitige Gelenk 12 mit dem Fahrzeugaufbau 2 verbindbar. Bei den Gelenken 11, 12 handelt es sich jeweils um Kugelgelenke, das heißt Gelenke mit drei rotatorischen Freiheitsgraden. Die fünf Lenker 10 sind so angeordnet, dass die Mehrlenkeranordnung 9 insgesamt genau einen Freiheitsgrad aufweist. Auf diese Weise ist die Trageinrichtung 4 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 2 insbesondere höhenbeweglich gelagert. Bereits an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Trageinrichtung 4 auch auf andere Weise, insbesondere durch eine von der dargestellten abweichende Mehrlenkeranordnung an den Fahrzeugaufbau 2 angebunden sein kann.
Wie in den 1 und 2 zu sehen, weisen die fünf Lenker 10 eine zum Fahrzeugaufbau 2 hin gerichtete im Wesentlichen seitliche Erstreckung auf. Durch die damit vorliegende Pfeilung der Lenker 10 zum Fahrzeugaufbau 2 hin ergibt sich eine bauraumsparende Anordnung der Lenker 10, wodurch sich mit der Radaufhängung 1 insgesamt eine geringe Bauhöhe erzielen lässt.
Wie in 2 zu sehen, weisen im gezeigten Ausführungsbeispiel sämtliche der trägerseitigen Gelenke 11 der Lenker 10 gegenüber einer durch die Laufachse 6 verlaufenden fiktiven Horizontalebene einen Abstand auf, der betragsmäßig geringer als der Außenradius des Fahrzeugrades 3 ist. Mit anderen Worten sind die Lenker 10 in einem innerhalb eines Fahrzeugraddurchmessers liegenden Bereich an die Trageinrichtung 4 angelenkt. Diese Maßnahme trägt zur Erzielung einer geringen Bauhöhe der Radaufhängung bei.
Die trägerseitigen Gelenke 11 sind über den bogenförmigen Verlauf des Halteabschnitts der Trageinrichtung 4 voneinander beabstandet. Aufgrund der Beabstandung treten in den einzelnen Gelenken 11 der Lenker 10 verhältnismäßig geringe Lagerkräfte auf, was sich vorteilhaft auf die Dimensionierung der Gelenke 11 auswirkt.
Zur Anbindung des Radträgers 5 an die Trageinrichtung 4 weist die Trageinrichtung 4 in einem über der Laufachse 6 liegenden Bereich eine Aufnahme in Form einer Aufnahmehülse 13 auf. Die Aufnahmehülse 13 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel integraler Bestandteil der Trageinrichtung 4, das heißt einteilig mit dieser ausgeführt, beispielsweise durch Verschweißung der Aufnahmehülse 13 mit dem bogenförmig gekrümmten Halteabschnitt. Bei der Aufnahmehülse 13 handelt es sich um ein hohles, rotationssymetrisches Bauteil, das zumindest an seinem dem Radträger 5 zugewandten Ende offen ist. Die Aufnahmehülse 13 ist koaxial zur Lenkachse 8 angeordnet und nimmt mittels einer Lageranordnung 7 den Radträger 5 um die Lenkachse 8 schwenkbar auf.
3 zeigt den Radträger 5 sowie die Aufnahmehülse 3 in Explosionsdarstellung. Aus der Darstellung geht hervor, dass die Aufnahmehülse 13 in einem dem Radträger 5 abgewandten Bereich zylindrisch ausgebildet ist. In einem mittigen Bereich weist die Aufnahmehülse 13 eine umlaufende Verjüngung 14 auf, an welche sich an dem dem Radträger 5 zugewandten Ende der Aufnahmehülse 13 wieder ein zylindrischer Abschnitt anschließt, der einen größeren Durchmesser als der dem Radträger 5 abgewandte zylindrische Abschnitt aufweist.
Wie in 3 zu sehen, umfasst die Lageranordnung 7 eine Wälzlageranordnung, bestehend aus zwei voneinander beabstandeten Kegelrollenlagern 15, 16. Ein oberes Kegelrollenlager 15 lässt sich in das dem Radträger 5 abgewandte Ende der Aufnahmehülse 13 einfügen, während sich das untere Kegelrollenlager 16 in das dem Radträger 5 zugewandte Ende der Aufnahmehülse 13 einfügen lässt.
An dem Radträger 5 ist ein zur Lenkachse 8 koaxialer Lagerzapfen 18 ausgebildet. Der Lagerzapfen 18 weist äußerlich annähernd die Form eines Kegelstumpfes auf, dessen Außendurchmesser sich von einem dem Radträger 5 zugewandten Bereich zu einem dem Radträger 5 abgewandten Ende verringert. Entsprechend der Explosionsdarstellung in 3 lassen sich die dargestellten Komponenten entlang einer Fügeachse montieren, welche mit der Lenkachse 8 zusammenfällt. Der Darstellung lässt sich entnehmen, dass das untere Kegelrollenlage 16 im montierten Zustand mit dem dem Radträger 5 zugewandten Bereich des Lagerzapfens 18 zur Anlage kommt. Das obere Kegelrollenlager 15 befindet sich im montierten Zustand in Kontakt mit dem dem Radträger 5 abgewandten Ende des Lagerzapfens 18.
Demzufolge sind das untere Kegelrollenlager 16 und das obere Kegelrollenlager 15 verhältnismäßig weit voneinander beabstandet, ohne dass sich hierdurch die Bauhöhe der Radaufhängung 1 vergrößert. Die Beabstandung wirkt sich vorteilhaft auf die Anforderungen an die Kegelrollenlager 15 und 16 aus.
Mit Bezug wieder auf die 1 beziehungsweise 2 wird deutlich, dass die anhand von 3 erläuterte Lageranordnung 7 zumindest teilweise innerhalb einer bei den Lenkbewegungen des Fahrzeugrades 3 um die Lenkachse 8 überstrichenen Hüllkurve des Fahrzeugrades 3 liegt.
Wie in 2 zu sehen, ist die Lenkachse 8 gegenüber der Fahrzeughochachse Z um einen Spreizungswinkel α geneigt. Aufgrund der Spreizung mit dem Winkel α ergibt sich der vorteilhafte Effekt einer Lenkrückstellung.
Mit der gezeigten Radaufhängung 1 ist es möglich, den Radträger 5 gegenüber der Trageinrichtung 4 ausgehend von einer Nullstellung bei Geradeauslauf des am Radträger 5 angeordneten Fahrzeugrades 3 sowohl nach links als auch nach rechts um einen Winkel von wenigstens 90° Grad um die Lenkachse 8 zu schwenken. Prinzipiell ist sogar eine beschränkungsfreie Lenkung um die Lenkachse 8 möglich.
Der Radträger 5 ist zur näheren Erläuterung seines Aufbaus in 4 in einer weiteren Explosionsdarstellung gezeigt. Wie zu sehen, handelt es sich bei dem Radträger 5 um ein Bauteil mit einem bezogen auf die Laufachse 6 annähernd zylindrischen Durchgang sowie mit Anbindungen für zugehörige Funktionselemente. Wie bereits erwähnt, ragt von diesem Bauteil in Richtung der Lenkachse 8 ein kegelstumpfförmiger Lagerzapfen 18 ab, der zur Aufnahme der Lageranordnung 7 dient. Der Radträger 5 ist so gestaltet, das dieser zumindest teilweise als Gehäuse für Antriebskomponenten des Fahrzeugrades 3 dient.
Wie in 4 zu sehen, ist in den Radträger 5 eine Antriebseinheit 20 zum Antrieb des Fahrzeugrads 3 integriert. Die Antriebseinheit 20 umfasst einen elektrischen Motor 21 sowie eine Getriebeanordnung, die zwei hintereinander geschaltete Eingriffsgetriebe 22, 23 umfasst. Bei den Eingriffsgetrieben handelt es sich jeweils um Planetengetriebe, wobei ein erstes Planetengetriebe 22 vom Elektromotor 21 direkt angetrieben wird, und wobei das zweite Planetengetriebe 23 vom Getriebeausgang des ersten Planetengetriebes 22 angetrieben wird, um über eine Abtriebswelle 27 eine Radnabe 26 anzutreiben, an welcher das Fahrzeugrad 3 (in 4 nicht dargestellt) befestigbar ist.
Zur Montage werden das erste Planetengetriebe 22 und das zweite Planetengetriebe 23 von einer dem Elektromotor 21 zugewandten Seite in den Radträger 5 gefügt, wobei der Elektromotor 21 über eine Flanschverbindung mit dem Radträger 5 verbunden wird. Die Fügeachse fällt dabei mit der Laufachse 6 des Fahrzeugrads 3 zusammen. Die Radnabe 26 ist mittels eines Radlagers 25 gegenüber dem Radträger 5 drehbar gelagert. Eine an der Radnabe 26 befestigte Bremsscheibe 19 lässt sich über einen Bremssattel 24 mit nicht näher dargestellten Bremsmitteln abbremsen. Der Bremssattel 24 ist mit dem Radträger 5 über eine Schraubenverbindung verbunden.
Damit sich der Radträger 5 gegenüber der Trageinrichtung 4 um die Lenkachse 8 schwenken lässt, weist die Radaufhängung 1 einen Lenkantrieb auf, der auf unterschiedliche Weise gestaltet sein kann. In den 5a–5d sind vier verschiedene Varianten dargestellt, mit denen sich ein Lenkantrieb verwirklichen lässt. In sämtlichen der vier Fälle weist der Lenkantrieb einen Motor 28 auf, vorzugsweise ein Elektromotor, sowie eine Getriebeanordnung.
Gemäß einer ersten, in 5a dargestellten Variante steht der Motor 28 mit einem Planetengetriebe 29 in Eingriff, das koaxial zur Lenkachse 8 angeordnet ist. Das Planetengetriebe 29 ist abtriebsseitig – durch die Aufnahmehülse 13 hindurch – mit dem Radträger 5 verbunden. Der Motor 28, welcher zweckmäßigerweise an der (hier nicht dargestellten) Trageinrichtung 4 gelagert ist, kann somit den Radträger 5 um die Lenkachse 8 schwenken.
Gemäß einer zweiten, in 5b dargestellten Variante ist der Motor 28 am Radträger 5 gelagert. Ein Schneckenradgetriebe 30 umfasst ein an der Aufnahmehülse 13 drehfest angeordnetes Zahnrad sowie ein mit diesem in kämmendem Eingriff stehendes Schneckenrad. Das Schneckenrad ist auf der Abtriebswelle des Motors 28 angeordnet. Bei Betrieb des Motors 28 wird das Schneckenrad in Drehung versetzt. Aufgrund des kämmenden Eingriffs mit dem drehfest an der Aufnahmehülse 13 angeordneten Zahnrad wird der Radträger 5 in Rotation um die Lenkachse 8 versetzt.
Gemäß einer dritten, in 5c dargestellten Variante ist der Motor 28 – vergleichbar der in 5a gezeigten ersten Variante – wieder an der Trageinrichtung 4 gelagert. Im Unterschied zur dortigen Getriebeanordnung steht der Motor 28 mit dem Radträger 5 nun über ein Stirnradgetriebe 29a in Antriebsverbindung.
Gemäß einer vierten, in 5d dargestellten Variante ist der Motor 28 wieder an der Trageinrichtung 4 gelagert und treibt über ein Planetengetriebe 29 den Radträger 5 an. Abweichend von den in den 5a–5c dargestellten Varianten, bei denen die Aufnahmehülse 13 Teil einer wie in den 1–4 dargestellten Trageinrichtung 4 ist, stellt die in 5d dargestellte Variante eine alternative Anbindung des Radträgers 5 an den Fahrzeugaufbau 2 dar. Hier ist der Radträger 5 unterhalb der Laufachse 6 über zwei Lenker 10 direkt gegenüber dem Fahrzeugaufbau gelagert. An die Aufnahmehülse 13 sind drei Lenker 10 angebunden, um diese gegenüber dem Fahrzeugaufbau 2 anzubinden.
Schließlich zeigt 6 in Prinzipdarstellung eine Radaufhängung mit alternativ gestalteter Trageinrichtung 4 zur Anbindung des Radträgers 5 an den Fahrzeugaufbau 2. Abweichend von der anhand der 1–4 erläuterten Gestaltung ist gemäß der in 6 dargestellten Ausführungsform die Trageinrichtung 4 an einem hinteren Gelenkpunkt 12 unmittelbar, das heißt ohne Zwischenschaltung eines Lenkers, gegenüber dem Fahrzeugaufbau 2 gelenkig gelagert, wobei die Trageinrichtung 4 in einem vorderen Bereich über zwei Lenker 10 mittelbar gegenüber dem Fahrzeugaufbau 2 gelagert ist.
Bezugszeichenliste

1: Radaufhängung
2: Fahrzeugaufbau
3: Fahrzeugrad
4: Trageinrichtung
5: Radträger
6: Laufachse
7: Lageranordnung
8: Lenkachse
9: Mehrlenkeranordnung
10: Lenker
11: trägerseitiges Gelenk
12: fahrzeugaufbauseitiges Gelenk
13: Aufnahmehülse
14: Verjüngung
15: oberes Kegelrollenlager
16: unteres Kegelrollenlager
17: Anstellmutter
18: Lagerzapfen
19: Bremsscheibe
20: Antriebseinheit
21: Elektromotor
22: erstes Planetengetriebe
23: zweites Planetengetriebe
24: Bremssattel
25: Radlager
26: Radnabe
27: Abtriebswelle
28: Lenkmotor
29: Planetengetriebe
29a: Stirnradgetriebe
30: Schneckengetriebe
x: Fahrzeuglängsachse
y: Fahrzeugquerachse
z: Fahrzeughochachse
α: Spreizungswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6183365 A2 [0004, 0005, 0006, 0011]

Claims

Radaufhängung (1) für ein lenkbares Fahrzeugrad (3), aufweisend einen Radträger (5), gegenüber dem das Fahrzeugrad (3) um eine Laufachse (6) drehbar gelagert ist, sowie eine höhenbeweglich an einen Fahrzeugaufbau (2) anbindbare Trageinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Radträger (5) mittels einer seitlich neben dem Fahrzeugrad (3) befindlichen Lageranordnung (7) um eine Lenkachse (8) schwenkbar gegenüber der Trageinrichtung (4) gelagert ist.
Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trageinrichtung (4) mittels einer einen Freiheitsgrad aufweisenden Mehrlenkeranordnung (9), umfassend vorzugsweise fünf Lenker (10), an den Fahrzeugaufbau (2) anbindbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lenker (10) über ein trägerseitiges Gelenk (11) mit der Trageinrichtung (4) verbunden ist und über ein fahrzeugaufbauseitiges Gelenk (12) mit dem Fahrzeugaufbau (2) verbindbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Lenker (10) eine zum Fahrzeugaufbau (2) hin gerichtete im Wesentlichen seitliche Erstreckung aufweisen.
Radaufhängung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl, vorzugsweise sämtliche der trägerseitigen Gelenke (11) gegenüber einer durch die Laufachse (6) verlaufenden fiktiven Horizontalebene einen Abstand aufweisen, der betragsmäßig geringer als der Außenradius des Fahrzeugrades (3) ist.
Radaufhängung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trageinrichtung (4) einen gekrümmten, insbesondere bogenförmigen Halteabschnitt aufweist, der so außerhalb einer bei Lenkbewegungen des Fahrzeugrades (3) überstrichenen Hüllkurve des Fahrzeugrades (3) verläuft, dass dieses kollisionsfrei um die Lenkachse (8) schwenkbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der trägerseitigen Gelenke (11) über den gekrümmten Verlauf des Halteabschnitts voneinander beabstandet positioniert sind.
Radaufhängung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trageinrichtung (4) eine Aufnahme, insbesondere in Form einer koaxial zur Lenkachse (8) angeordneten Aufnahmehülse (13), zugeordnet ist, welche den Radträger (5) mittels der Lageranordnung (7) schwenkbar aufnimmt.
Radaufhängung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (7) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig innerhalb einer bei Lenkbewegungen des Fahrzeugrades (3) überstrichenen Hüllkurve des Fahrzeugrades (3) liegt.
Radaufhängung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (7) eine Wälzlageranordnung umfasst, insbesondere bestehend aus zwei voneinander beabstandeten Kegelrollenlagern (15, 16), mittels derer der Radträger (5) drehbar gegenüber der Aufnahme (13) der Trageinrichtung (4) gelagert ist.
Radaufhängung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkachse (8) gegenüber der Fahrzeughochachse (z) um einen Spreizungswinkel (α) geneigt ist.
Radaufhängung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radträger (5) gegenüber der Trageinrichtung (4) ausgehend von einer Nullstellung bei Geradeauslauf des am Radträger (5) angeordneten Fahrzeugrades (3) sowohl nach links als auch nach rechts um einen Winkel von jeweils wenigstens 90°, vorzugsweise beschränkungsfrei um die Lenkachse (8) schwenkbar ist.
Radaufhängung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Radträger (5) eine Antriebseinheit (20) zum Antrieb des Fahrzeugrads (3) integriert ist.
Radaufhängung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Radträger (3) und/oder der Trageinrichtung (4) ein Lenkantrieb (28, 29, 29a, 30) zugeordnet ist, mit dem sich der Radträger (3) gegenüber der Trageinrichtung (4) um die Lenkachse (8) schwenken lässt.
Radaufhängung nach einem der vorigen Ansprüche, gekennzeichnet durch zwischen Fahrzeugaufbau (2) und Trageinrichtung (4) wirkende Mittel zur Federung und/oder Dämpfung.