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Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, zur schwenkbaren Lagerung an einem Fahrzeugaufbau, mit einem sich entlang der Y-Achse erstreckenden Torsionsabschnitt sowie zwei durch den Torsionsabschnitt verbundenen, sich entlang der X-Achse nach hinten erstreckenden Lenkerabschnitten, die jeweils einen Radträger-Anbindungsbereich aufweisen.
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Bei Kraftfahrzeugen sind unterschiedlichste Aufhängungen für die Räder des Fahrzeugs bekannt. Man kann insbesondere zwischen der heutzutage bei Pkw überwiegend genutzten Einzelradaufhängung und der hauptsächlich bei Hinterachsen von Nutzfahrzeugen verwendeten Starrachsaufhängung unterscheiden. Daneben existieren aber auch sogenannte Halbstarrachsen, bei denen die beidseitig vorgesehenen Räder einer Achse bzw. deren Radträger an zwei Längslenkern angebunden sind, die an einem aufbauseitigen Ende schwenkbar mit dem Fahrzeugaufbau, üblicherweise mit dem Chassis, verbunden sind. Dabei ist aufbauseitig typischerweise eine rohrförmige Buchsenaufnahme für eine Lagerbuchse ausgebildet. Die beiden Längslenker sind über einen in Querrichtung verlaufenden Querträger (teilweise auch als Achsbrücke oder Torsionsprofil bezeichnet) miteinander verbunden. Letzterer ist biegesteif aber torsionsweich ausgebildet, so dass er nach Art eines Stabilisators bei ungleichmäßigem Einfedern der Längslenker ein Drehmoment zwischen diesen überträgt. Je nach Position der Achsbrücke entlang der Längslenker unterscheidet man zwischen einer Verbundlenkerachse (Achsbrücke näher am aufbauseitigen Ende) und einer Torsionskurbelachse (Achsbrücke am aufbaufernen Ende). Abgesehen von der Aufnahme der Radträger dienen die Längslenker oftmals auch dazu, Federn und Federdämpfer abzustützen.
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Ein Problem bei Halbstarrachsen, insbesondere Verbundlenkerachsen, ist die relativ geringe Quersteifigkeit und Torsionssteifigkeit in dem Bereich, in dem die Räder angebunden sind. Die genannten Steifigkeiten beeinflussen die Stellung der Räder, also Spur und Sturz, wenn während der Fahrt dynamische Belastungen einwirken, und haben somit insgesamt Einfluss auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs. Dabei nimmt die Steifigkeit im Bereich der Räder umso mehr ab, je weiter der Querträger zum Aufbau hin verlagert ist. Eine derartige Verlagerung ist oftmals bei angetriebenen Halbstarrachsen notwendig. Grundsätzlich könnte man eine höhere Steifigkeit über eine zweite, möglichst steife Querverbindung zwischen den beiden Längslenkern im Bereich der Radträger herstellen. Dies würde allerdings dazu führen, dass die Fähigkeit zum unabhängigen Einfedern der beiden Radträger in inakzeptabler Weise herabgesetzt würde.
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Im Stand der Technik sind Radaufhängungen bekannt, bei denen eine Halbstarrachse durch eine Querverbindung im Bereich der Radträger ergänzt wird, die ein Wattgestänge aufweist. Dabei sind zwei Wattlenker, die sich in Querrichtung erstrecken, jeweils außenseitig schwenkbar mit den Längslenkern und innenseitig schwenkbar mit einem Zentrallenker verbunden. Der Zentrallenker ist seinerseits in einem mittleren Bereich schwenkbar mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Die
US 8,684,380 B2 , die
US 8,414,001 B2 , die
US 2011/0031712 A1 sowie die
US 8,590,911 B2 zeigen jeweils eine derartige Verbindung über ein Wattgestänge, wobei der Zentrallenker über eine horizontale Schwenkachse mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Die
US 8,684,380 B2 zeigt zudem eine Ausführungsform mit einer vertikalen Schwenkachse.
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Aus der
US 2003/0141757 A1 ist eine Kraftfahrzeugachse mit zwei Längslenkern bekannt, die über einen Querträger miteinander verbunden sind. Dabei kann der Querträger aus zwei Hälften gebildet sein, die über eine Torsionsanordnung verbunden sind. Alternativ kann der Querträger einstückig ausgebildet und mit den Längslenkern über jeweils eine Torsionsanordnung verbunden sein. Jede Torsionsanordnung weist dabei einerseits ein Lager, z. B. Kugellager, auf sowie andererseits ein gummielastisches Element. Letzteres dient dazu, Torsionskräfte aufzunehmen, während die Torsionsanordnung insgesamt eine Verstellung der angrenzenden Elemente quer zur Erstreckungsrichtung des Querträgers verhindern soll.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Bereitstellung einer Verbundlenkerachse, die eine Stabilisierung der Position der Räder erlaubt und sich möglichst konstruktiv einfach in ein Fahrzeug integrieren lässt, durchaus noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach zu integrierende Verbundlenkerachse zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Stabilisierung der Räder ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Verbundlenkerachse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen 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.
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Durch die Erfindung wird eine Verbundlenkerachse zur schwenkbaren Lagerung an einem Fahrzeugaufbau zur Verfügung gestellt. Der Fahrzeugaufbau kann insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugs wie eines Lkw oder Pkw sein. Allerdings ist auch beispielsweise eine Anwendung für Anhänger möglich. Die Verbundlenkerachse weist einen sich entlang der Y-Achse erstreckenden Torsionsabschnitt auf sowie zwei durch den Torsionsabschnitt verbundene, sich entlang der X-Achse nach hinten (also entgegen der Fahrtrichtung) erstreckenden Lenkerabschnitte, die jeweils einen Radträger-Anbindungsbereich aufweisen. Sämtliche Bezugnahmen auf die X-Achse, Y-Achse sowie die Z-Achse des Fahrzeugs beziehen sich hier und im Folgenden auf den bestimmungsgemäß eingebauten Zustand der Verbundlenkerachse. Die Bezeichnung „Fahrzeugaufbau“ dient hierbei als Sammelbegriff für die Karosserie, das Chassis sowie ggf. einen Hilfsrahmen. Die Verbundlenkerachse ist dazu ausgebildet, an dem Fahrzeugaufbau schwenkbar gelagert zu werden, wobei die entsprechende Schwenkachse in Richtung der Y-Achse (Querachse) verläuft. Üblicherweise ist die Verbundlenkerachse an einem Chassis des Fahrzeugs gelagert. Die Lagerung kann über elastische Lager, bspw. Gummi-Metall-Lager gegeben sein.
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Die Verbundlenkerachse weist einen Torsionsabschnitt auf, der sich entlang der Y-Achse (Querachse) des Fahrzeugs erstreckt. Der Torsionsabschnitt kann hierbei wenigstens abschnittsweise parallel zur Y-Achse verlaufen, wenigstens teilweise kann er aber auch im Winkel zu Y-Achse stehen. Weiterhin weist die Verbundlenkerachse zwei Lenkerabschnitte auf, die durch den Torsionsabschnitt verbunden sind und sich entlang der X-Achse nach hinten, also entgegen der Fahrtrichtung, erstrecken. Sowohl der Torsionsabschnitt als auch die Lenkerabschnitte bestehen normalerweise aus Stahl und können z. B. als Blechformteil oder Rohrprofil ausgebildet sein, wobei der Torsionsabschnitt auch z. B. als V- oder U-Profil ausgebildet sein kann. Die Lenkerabschnitte müssen hierbei nicht parallel zur X-Achse verlaufen, sondern können wenigstens abschnittsweise im Winkel hierzu verlaufen, sogar im rechten Winkel. Insgesamt erstrecken sie sich allerdings entlang der X-Achse, so dass man von einem „vorderen Ende“ und einem „hinteren Ende“ des jeweiligen Lenkerabschnitts sprechen kann. Dabei muss der Torsionsabschnitt nicht mit dem vorderen Ende des jeweiligen Lenkerabschnitts verbunden sein, sondern der jeweilige Lenkerabschnitt kann sich über den Torsionsabschnitt weiter nach vorne erstrecken. Normalerweise ist am vorderen Ende des Lenkerabschnitts ein Anbindungsbereich zur schwenkbaren Anbindung der Verbundlenkerachse am Fahrzeugaufbau vorgesehen. Bspw. kann dort eine Buchsenaufnahme bzw. ein Lagerauge zur Aufnahme einer Lagerbuchse ausgebildet sein. Alternativ könnte die Verbundlenkerachse über separat gefertigte Anbindungsarme am Fahrzeugaufbau gelagert sein, die z. B. entweder mit dem Torsionsabschnitt oder aber mit den Lenkerabschnitten verschweißt sind und die sich entlang der X-Achse nach vorne erstrecken. Wie allgemein üblich, impliziert die Bezeichnung „Verbundlenkerachse“ in diesem Zusammenhang, dass der Torsionsabschnitt näher am vorderen Ende des jeweiligen Lenkerabschnitts angeordnet ist als am hinteren Ende.
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Jeder der Lenkerabschnitte weist einen Radträger-Anbindungsbereich auf. Dieser dient zur Anbindung eines Radträgers, der wiederum zur Aufnahme eines Rades des Fahrzeugs dient. Üblicherweise ist der Radträger-Anbindungsbereich in einem hinteren Teil des Lenkerabschnitts, bspw. im hinteren Drittel desselben, angeordnet. Im Radträger-Anbindungsbereich kann eine separat gefertigte Halterung für den Radträger mit dem Lenkerabschnitt verbunden, insbesondere verschweißt sein. Wie bei Verbundlenkerachsen üblich, ist der Torsionsabschnitt bevorzugt biegesteif, aber wenigstens teilweise torsionsweich ausgebildet, während die Lenkerabschnitte bevorzugt steif gegenüber Biegung und Torsion ausgebildet sind. Sowohl der Torsionsabschnitt als auch die Lenkerabschnitte können gerade, aber auch wenigstens abschnittsweise gebogen und/oder abgewinkelt ausgebildet sein.
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Es versteht sich, dass die Verbundlenkerachse Halterungen für Stoßdämpfer oder Federn aufweisen kann, die z. B. seitlich an die Lenkerabschnitte angeschweißt sind.
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Erfindungsgemäß sind die Lenkerabschnitte hinter dem Torsionsabschnitt durch eine freitragende Kopplungsanordnung verbunden, die einen ersten und zweiten Kopplungsarm aufweist, die in einem mittleren Bereich durch eine elastische Verbindungsanordnung miteinander verbunden sind. „Hinter dem Torsionsabschnitt“ bedeutet hierbei, dass die Kopplungsanordnung entlang der X-Achse, also entgegen der Fahrtrichtung, weiter hinten angeordnet ist als der Torsionsabschnitt. D. h., zusätzlich zu dem Torsionsabschnitt ist eine weitere Verbindung zwischen den Lenkerabschnitten gegeben, nämlich über die Kopplungsanordnung. Da diese die beiden Lenkerabschnitte miteinander verbindet, erstreckt sie sich entlang der Y-Achse, wobei sie allerdings nicht parallel zu dieser verlaufen muss. Die Kopplungsanordnung weist einen ersten Kopplungsarm sowie einen zweiten Kopplungsarm auf. Dabei ist jeweils ein Kopplungsarm mit einem Lenkerabschnitt verbunden. Die entsprechende Verbindung kann direkt oder indirekt über ein zwischengeordnetes Bauteil gegeben sein. Bevorzugt ist jeder Kopplungsarm in sich starr ausgebildet, d. h. er ist entweder aus einem Stück gefertigt oder aus mehreren Stücken, die starr miteinander verbunden sind, bspw. durch einen Stoffschluss. Die Kopplungsarme können insbesondere aus Metall, bspw. Stahl oder Aluminium, bestehen, wobei allerdings auch eine Fertigung aus faserverstärktem Kunststoff vorstellbar ist. Die Kopplungsanordnung ist freitragend ausgebildet, was bedeutet, dass eine Verbindung zum Fahrzeugaufbau nur indirekt über die Lenkerabschnitte der Verbundlenkerachse gegeben ist. Zwischen den Bereichen, in denen die Kopplungsanordnung (direkt oder indirekt) mit den Lenkerabschnitten verbunden ist, ist sie frei gegenüber dem Fahrzeugaufbau geführt.
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In einem mittleren Bereich sind die beiden Kopplungsarme durch eine Verbindungsanordnung elastisch miteinander verbunden. Die Verbindungsanordnung kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Sie stellt die elastische Verbindung her, d. h. sie ist wenigstens teilweise elastisch ausgebildet, kann allerdings auch inelastische Komponenten aufweisen. Bevorzugt weist die Verbindungsanordnung wenigstens ein Elastomer-Element bzw. gummielastisches Element auf. Ein derartiges Element besteht aus einem Elastomer, bspw. Gummi oder Silikon. Betrachtet man die gesamte Erstreckung der Kopplungsanordnung entlang der Y-Achse, so ist der genannte mittlere Bereich in einem mittleren Drittel derselben angeordnet. Insbesondere kann er mit einer Abweichung von höchstens 10% oder höchstens 5% bezogen auf die gesamte Erstreckung mittig angeordnet sein. In diesem Fall kann sich also insgesamt eine in etwa symmetrische Ausbildung der Kopplungsanordnung bzw. der Kopplungsarme ergeben.
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Durch die zusätzliche Verbindung der Lenkerabschnitte ist es zum einen möglich, die Ausrichtung der Lenkerabschnitte und somit die Ausrichtung von über Radträger angebundenen Rädern besser zu stabilisieren, da die Kopplungsanordnung insbesondere in Querrichtung (also entlang der Y-Achse) wirkende Kräfte zwischen den beiden Lenkerabschnitten überträgt und diese somit gegeneinander stabilisiert. Durch die Aufteilung in zwei Kopplungsarme sowie deren elastische Verbindung wird allerdings nach wie vor eine gewisse unabhängige Beweglichkeit der beiden Lenkerabschnitte gegeneinander ermöglicht. D. h., ein einseitiges Einfedern eines Rades, das durch den Torsionsabschnitt (wenn auch eingeschränkt) ermöglicht wird, wird durch die Kopplungsanordnung nicht unterbunden. Besonders vorteilhaft ist, dass die Kopplungsanordnung freitragend ausgebildet ist und somit keine (direkte) Verbindung zum Fahrzeugaufbau hat. Daher muss der Fahrzeugaufbau in keiner Weise umgestaltet werden, um die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse in ein herkömmliches Fahrzeugdesign zu integrieren. Es sind sogar Ausführungsformen denkbar, bei denen die Kopplungsanordnung gewissermaßen einfach als zusätzliches Element bzw. zusätzliche Baugruppe an einer ansonsten herkömmlichen Verbundlenkerachse ergänzt wird. Es lassen sich somit Entwicklungszeit und -kosten einsparen. Außerdem sind die Material- und Produktionskosten vergleichsweise niedrig.
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Bevorzugt weist die Verbindungsanordnung in Richtung der Y-Achse eine größere Steifigkeit auf als quer hierzu. Dies bedeutet im weiteren Sinne, dass die Steifigkeit in Richtung der X-Achse oder die Steifigkeit in Richtung der Z-Achse kleiner ist als die Steifigkeit in Richtung der Y-Achse. Bevorzugt ist allerdings die Steifigkeit sowohl in Richtung der X-Achse als auch in Richtung der Z-Achse kleiner. Durch eine geringere Steifigkeit in X-Richtung und/oder in Z-Richtung wird im Allgemeinen die unabhängige Beweglichkeit der beiden Räder positiv beeinflusst. Sofern die Verbindungsanordnung ein gummielastisches Element aufweist, kann dieses in Richtung der Y-Achse eine größere Steifigkeit aufweisen als quer hierzu.
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Vorteilhaft sind die Kopplungsarme starr mit den Lenkerabschnitten verbunden. Wie bereits oben dargelegt, kann die Verbindung direkt oder aber indirekt über ein zwischengeordnetes Bauteil gegeben sein. Bei dieser Ausgestaltung ist entweder die direkte Verbindung starr oder jeder Teil der indirekten Verbindung starr. Dies bedeutet, dass sich der jeweilige Kopplungsarm nicht in seiner Gesamtheit gegenüber dem jeweiligen Lenkerabschnitt bewegen kann. Insofern, als sowohl der Kopplungsarm wie auch der Lenkerabschnitt im Betrieb des Fahrzeugs eine gewisse Verformung erfahren können, können sich selbstverständlich Teile des Verbindungarms gegenüber dem Lenkerabschnitt bewegen und umgekehrt. Eine starre Verbindung kann insbesondere als stoffschlüssige Verbindung, z. B. als Schweißverbindung, realisiert sein. Alternativ oder zusätzlich ist aber auch eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung möglich. Durch die starre Verbindung der Lenkerabschnitte mit den Kopplungsarmen wird insbesondere eine Torsion der Lenkerabschnitte um die X-Achse verhindert bzw. minimiert. Anders ausgedrückt, der eine Änderung des Sturzes infolge von Radkräften wird verringert.
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Grundsätzlich ist eine unterschiedliche Anordnung der Kopplungsarme im Bezug auf die Lenkerabschnitte möglich. Allerdings wird die stabilisierende Wirkung der Kopplungsanordnung im Allgemeinen durch einen möglichst großen Abstand (entlang der X-Achse) zum Torsionsabschnitt verbessert. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass die Kopplungsarme mit hinteren Endbereichen der Lenkerabschnitte verbunden sind. Der hintere Endbereich kann sich dabei über ein hinteres Drittel oder ein hinteres Viertel des jeweiligen Lenkerabschnitts erstrecken. Bspw. können die Kopplungsarme entlang der X-Achse im Bereich der Radträger-Anbindungsbereiche oder sogar hinter den Radträger-Anbindungsbereichen angeordnet sein.
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Generell erstrecken sich die Kopplungsarme entlang der Y-Achse. Prinzipiell lassen sich Vorteile der Erfindung auch realisieren, wenn die Kopplungsarme ganz oder teilweise im Winkel zur Y-Achse verlaufen, also bspw. insgesamt gegenüber dieser geneigt sind oder eine gebogene oder abgewinkelte Form aufweisen. Bevorzugt verlaufen die Kopplungsarme wenigstens überwiegend parallel zur Y-Achse. Dies ist insbesondere vorteilhaft im Hinblick auf eine optimale Kraftübertragung entlang der Y-Achse.
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Bevorzugt weist der zweite Kopplungsarm eine Buchsenaufnahme auf, in der eine Verbundbuchse angeordnet ist, die eine Innenhülse sowie ein diese umgebendes Elastomer-Element aufweist und durch die ein am ersten Kopplungsarm angeordneter Achsstift hindurchgeführt ist. Die Buchsenaufnahme kann insbesondere als Lagerauge bezeichnet werden. Die Verbundbuchse weist zumindest eine Innenhülse auf sowie ein diese umgebendes Elastomer-Element. Die Innenhülse bildet dabei den inneren Teil der Lagerbuchse und bildet eine innenliegende durchgehende Ausnehmung (bzw. Durchgangsbohrung) der Lagerbuchse. Bevorzugt besteht die Innenhülse aus Metall, bspw. Stahl. Außenseitig ist die Innenhülse von dem Elastomer-Element umgeben, man könnte auch sagen, dass dieses konzentrisch um die Innenhülse herum angeordnet ist. Das Elastomer-Element kann auch als gummielastisches Element bezeichnet werden und kann aus Gummi oder aus einem elastischen Material mit vergleichbaren Eigenschaften, z. B. Silikon, gebildet sein. Normalerweise ist das Elastomer-Element einstückig ausgebildet, es ist aber auch eine mehrteilige Ausbildung denkbar bzw. es kann eine Mehrzahl von Elastomer-Elementen vorhanden sein. Die Elastizität des Elastomer-Elements ist deutlich größer als die der Innenhülse, so dass auf das Elastomer-Element einwirkende Kräfte primär eine Verformung desselben bewirken, jedoch allenfalls eine vernachlässigbare Verformung der Innenhülse.
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Das Elastomer-Element dient zur wenigstens indirekten Verbindung mit der Buchsenaufnahme, d. h. es kann bspw. unmittelbar in diese eingepresst, eingeklebt oder anderweitig hiermit verbunden sein. Alternativ kann es seinerseits von einer Außenhülse umgeben sein, die wie die Innenhülse eher inelastisch ausgebildet ist und bspw. ebenfalls aus Metall bestehen kann. Diese Außenhülse kann dann in der Buchsenaufnahme angeordnet werden, bspw. durch Einpressen. Der Gesamtaufbau der Verbundbuchse entspricht jedenfalls einem Verbundlager, bspw. einem Gummi-Metall-Lager. Die Verbundbuchse kann dabei auch nach Art einer Hydrobuchse ausgestaltet sein, wobei zwischen der Innenhülse und Außenhülse abgesehen von dem Elastomer-Element auch eine oder mehrere miteinander verbundene Kammern vorgesehen sind, in denen eine Flüssigkeit eingeschlossen ist. Hierdurch kann das Dämpfungsverhalten gegenüber einer Gummi-Metall-Buchse deutlich verbessert bzw. verfeinert werden.
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Der Achsstift ist durch die Verbundbuchse geführt, genauer gesagt durch die Innenhülse derselben. Seinerseits ist der Achsstift am ersten Kopplungsarm angeordnet. Der erste Kopplungsarm kann hierfür wenigstens eine Bohrung aufweisen, durch die der Achsstift hindurchgeführt ist. Dabei sind unterschiedliche Verbindungsmöglichkeiten gegeben, bspw. dass der Achsstift ein Außengewinde aufweist, das mit einem Innengewinde des ersten Kopplungsarms eingreift. Alternativ kann der Achsstift auch durch eine Mutter gesichert sein. Er kann einen Kopf aufweisen, d. h. er kann als Schraube ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Kopplungsarm einen Gabelabschnitt auf, in dem ein Endabschnitt des zweiten Kopplungsarms angeordnet ist. Der erste Kopplungsarm verzweigt sich hierbei gabelförmig, so dass er zwei Gabelarme ausbildet. Zwischen diesen Gabelarmen ist der Endabschnitt des zweiten Kopplungsarms angeordnet. Der Gabelabschnitt und der Endabschnitt sind dabei selbstverständlich wenigstens teilweise in dem o.g. mittleren Bereich angeordnet, in dem die Verbindung zwischen den beiden Kopplungsarmen gegeben ist. Die Verbindungsanordnung verbindet den Gabelabschnitt mit dem Endabschnitt. Dabei ist typischerweise die Buchsenaufnahme am Endabschnitt ausgebildet und der Achsstift am Gabelabschnitt angeordnet. Jeder der o.g. Gabelarme kann dabei eine Bohrung aufweisen, durch die der Achsstift wenigstens teilweise hindurchgeführt ist. Der Gabelabschnitt kann insbesondere mehrteilig ausgebildet sein, etwa derart, dass einer der Gabelarme einstückig mit dem ersten Kopplungsarm ausgebildet ist, während der andere Gabelarm als separat gefertigtes Bauteil am ersten Kopplungsarm befestigt ist, z. B. durch Verschrauben.
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Um die o.g. unterschiedliche Steifigkeit entlang der Y-Achse bzw. quer hierzu zu realisieren, ist es im Allgemeinen notwendig, dass das Elastomer-Element eine spezielle Form aufweist, die bspw. von der bei Gummi-Metall-Buchsen verbreiteten zylindersymmetrischen Form abweicht. Gemäß einer Ausführungsform weist das Elastomer-Element Ausnehmungen auf, die quer zur Y-Achse beiderseits der Innenhülse angeordnet sind. Diese Ausnehmungen, die bspw. symmetrisch beiderseits einer zur Y-Achse parallelen Ebene angeordnet sein können, bilden dabei selbstverständlich Bereiche, in denen die Steifigkeit des Elastomer-Elements verringert ist. Bei zwei Ausnehmungen, die entlang der Z-Achse zueinander beabstandet sind, wird bspw. die Steifigkeit in Richtung der Z-Achse reduziert. Gleichzeitig führt das Vorhandensein dieser Ausnehmungen auch zu einer gewissen Reduzierung der Steifigkeit in Richtung der X-Achse. Demgegenüber kann das Elastomer-Element in Richtung der Y-Achse beiderseits der Innenhülse massive Bereiche aufweisen, die auch als Stege bezeichnet werden können. In Richtung dieser durchgehenden Bereiche ist die Steifigkeit vergleichsweise hoch, so dass Kräfte in Y-Richtung gut von einem Kopplungsarm an den anderen weitergegeben werden.
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Prinzipiell sind unterschiedliche Ausrichtungen des Gabelabschnitts denkbar. Gleiches gilt prinzipiell für die Ausrichtung des Achsstifts und der Verbundbuchse. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich der Achsstift in Richtung der X-Achse und zwei Gabelarme des Gabelabschnitts sind in Richtung der X-Achse beabstandet. Mit dieser Anordnung lässt sich besonders gut eine gewisse Beweglichkeit des Endabschnitts gegenüber dem Gabelabschnitt in Richtung der Z-Achse realisieren.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse;
- 2 eine rückwärtige Ansicht der Verbundlenkerachse aus 1;
- 3 eine Detailansicht von 2 in teilweise Schnittdarstellung;
- 4 eine Detailansicht entsprechend 3 in teilweiser Schnittdarstellung, bei rechtsseitigem Einfedern; sowie
- 5 eine Detailansicht entsprechend 3 in teilweiser Schnittdarstellung, bei linksseitigem Einfedern.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 und 2 zeigen verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse 1, die z. B. für einen Pkw oder Lkw verwendet werden kann. Die Verbundlenkerachse 1 dient zur Anbindung von hier nicht dargestellten Rädern einer Fahrzeughinterachse an einen ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeugaufbau.
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Erkennbar sind zwei sich entlang der X-Achse nach hinten erstreckende Lenkerabschnitte 2, 3, die bspw. als Blechformteile ausgebildet sein können. An einem vorderen Ende 2.1, 3.1 weisen die Lenkerabschnitte 2, 3 jeweils eine Buchsenaufnahme 2.2, 3.2 auf, in die Gummi-Metall-Buchsen 20 eingepresst sind, über die eine schwenkbare Lagerung am Fahrzeugaufbau möglich ist. Die beiden Lenkerabschnitte 2, 3 sind durch einen Torsionsabschnitt 4 miteinander verbunden, der parallel zur Y-Achse verläuft und näher am vorderen Ende 2.1, 3.1 angeordnet ist als an einem gegenüberliegenden hinteren Ende 2.3, 3.3 des jeweiligen Lenkerabschnitts 2, 3. Der Torsionsabschnitt 4 kann bspw. als U- oder V-Profil ausgebildet und mit den Lenkerabschnitten 2, 3 verschweißt sein. Im Bereich des hinteren Endes 2.3, 3.3 weist jeder Lenkerabschnitt 2, 3 einen Radträger-Anbindungsabschnitt 2.4, 3.4 auf, an dem eine Radträgerhalterung 5 angeschweißt ist, die zur Anbindung eines Radträgers sowie eines Rades dient. Darüber hinaus sind Federaufnahmen 6 erkennbar, die jeweils mit einem Lenkerabschnitt 2, 3 sowie mit dem Torsionsabschnitt 4 verschweißt sind und die als Auflager für hier nicht dargestellte Federn sowie Federdämpfer dienen.
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Im Bereich der hinteren Enden 2.3, 3.3 sind die Lenkerabschnitte 2, 3 durch eine sich in Richtung der Y-Achse erstreckende Kopplungsanordnung 8 miteinander verbunden. Ein erster Kopplungsarm 9 sowie ein zweiter Kopplungsarm 10 sind dabei jeweils durch Schweißnähte 17 indirekt über Ansatzstücke 7 mit dem jeweiligen hinteren Ende 2.3, 3.3 des Lenkerabschnitts 2, 3 verschweißt, wodurch eine starre Verbindung mit dem jeweiligen Lenkerabschnitt 2, 3 gegeben ist. Alternativ zur hier gezeigten Ausgestaltung wäre auch eine direkte Anbindung der Kopplungsarme 9, 10 an die Lenkerabschnitte 2, 3 möglich, also ohne die Ansatzstücke 7. Jeder der Kopplungsarme 9, 10 kann dabei als massives Stahlteil ausgebildet sein. In einem mittleren Bereich 8.1 sind die beiden Kopplungsarme 9, 10 durch eine Verbindungsanordnung 11 elastisch miteinander verbunden. Dabei ist eine Gummi-Metall-Buchse 12 in eine Buchsenaufnahme 10.2 eingepresst, die an einem Endabschnitt 10.1 des zweiten Kopplungsarms 10 ausgebildet ist. Die Gummi-Metall-Buchse 12 weist eine Innenhülse 13, ein Gummielement 14 sowie eine Außenhülse 15 auf. Der genaue Aufbau der Gummi-Metall-Buchse 12 wird nachfolgend noch anhand der 3 bis 5 erläutert.
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Die Außenhülse 15 ist in die Buchsenaufnahme 10.2 eingepresst, während ein Achsstift 16 durch die Innenhülse 13 hindurchgeführt ist. Dieser Achsstift 16 ist wiederum in einem Gabelabschnitt 9.1 gelagert, der am ersten Kopplungsarm 9 ausgebildet ist. Der Gabelabschnitt 9.1 weist zwei entlang der X-Achse beabstandete Gabelarme 9.2, 9.3 auf, von denen jeder eine Durchgangsbohrung aufweist, durch die der Achsstift 16 geführt ist. Dabei ist ein Gabelarm 9.2 einstückig mit dem ersten Kopplungsarm 9 ausgebildet, während der andere Gabelarm 9.3 separat gefertigt und an den ersten Kopplungsarm 9 angeschraubt ist. Der Achsstift 16 kann bspw. auf einer Seite einen Kopf mit einem Innensechskant aufweisen, wobei der Kopf einen Formschluss mit dem einen Gabelarm 9.2 herstellt, während auf der gegenüberliegenden Seite ein Außengewinde des Achsstift 16 mit einer Mutter zusammenwirkt, die einen Formschluss mit dem anderen Gabelarm 9.3 herstellt. Ggf. können die Gabelarme 9.2, 9.3 gegen die Innenhülse 13 verspannt sein. Wie dargestellt, erstreckt sich der Achsstift 16 ebenso wie die Innenhülse 13 in Richtung der X-Achse.
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3 - 5 zeigen eine Detailansicht der Kopplungsanordnung 8 in teilweiser Schnittdarstellung. 3 entspricht einem unbelasteten Zustand bzw. einem Zustand bei gleichzeitigem Einfedern, 4 einem Zustand bei rechtsseitigem Einfedern und 5 einem Zustand bei linksseitigem Einfedern. In der teilweisen Schnittdarstellung, bei der der eine Gabelarm 9.2 überwiegend entfernt ist, ist die Struktur der Gummi-Metall-Buchse 12 erkennbar. Die Innenhülse 13 sowie die Außenhülse 15 sind vorliegend als zylindrische Metallhülsen ausgebildet. Das zwischen diesen angeordneten Gummielement 14 ist allerdings nicht als zylindrischer Vollkörper ausgebildet, sondern weist zwei Ausnehmungen 14.1, 14.2 auf, die in Richtung der Z-Achse beiderseits der Innenhülse 13 angeordnet sind. In Y-Richtung beiderseits der Innenhülse 13 sind durchgehende Stege 14.3, 14.4 ausgebildet, über die die Innenhülse 13 formschlüssig mit der Außenhülse 15 verbunden ist. Durch das Vorhandensein der Ausnehmungen 14.1, 14.2 ist die Steifigkeit der Gummi-Metall-Buchse 12 in Richtung der Z-Achse ebenso wie in Richtung der X-Achse deutlich geringer als in Richtung der Y-Achse.
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Kommt es aufgrund einer Kurvenfahrt (nach links) zu einem rechtsseitigen Einfedern wie in 4 dargestellt, dann wirkt eine Kraft F, deren Ursache die Seitenführungskraft des rechten Rades ist, auf den rechten Lenkerabschnitt 3. Diese Kraft F wird allerdings durch die Kopplungsanordnung 8 auf den linken Lenkerabschnitt 2 übertragen. Dabei entsteht auf Seiten des linken Lenkerabschnitts 2 eine gleichgroße Gegenkraft F, und zwar insbesondere entlang der Y-Achse, entlang der das Gummielement 14 die größte Steifigkeit aufweist. Die Innenhülse 13 wird in dieser Richtung kaum gegenüber der Außenhülse 15 ausgelenkt. Gleiches gilt selbstverständlich für die Kopplungsarme 9, 10 und die hiermit verbundenen Lenkerabschnitte 2, 3. Dagegen ist in Richtung der Z-Achse aufgrund der vorhandenen Ausnehmungen 14.1, 14.2 eine deutliche Auslenkung der beiden Hülsen 13, 15 zueinander gegeben. Dabei wird eine obere Ausnehmung 14.1 elastisch vergrößert, während eine untere Ausnehmung 14.2 verkleinert wird. Aufgrund der Kraftübertragung wird der rechte Lenkerabschnitt 3 durch den linke Lenkerabschnitt 2 bei der Abstützung der Seitenführungskräfte des Rades unterstützt. Es kommt dadurch insgesamt zu einer geringeren Verformung des rechten Lenkerabschnitts 3, wodurch die Ausrichtung der Radträger und somit der Räder weniger nachteilig beeinflusst wird.
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5 zeigt, entsprechend einer Kurvenfahrt nach rechts, ein linksseitiges Einfedern, bei dem wiederum entgegengesetzte Kräfte F entlang der Kopplungsarme 9, 10 und über die Verbindungsanordnung 11 übertragen werden. Auch hierbei erfolgt eine allenfalls geringfügige Auslenkung der Innenhülse 13 gegenüber der Außenhülse 15 in Richtung der Y-Achse, während eine erhebliche Auslenkung in Richtung der Z-Achse gegeben ist. Diese führt zu einer elastischen Verkleinerung der oberen Ausnehmung 14.1, während die untere Ausnehmung 14.2 elastisch verkleinert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbundlenkerachse
- 2, 3
- Lenkerabschnitt
- 2.1, 3.1
- vorderes Ende
- 2.2, 3.2, 10.2
- Buchsenaufnahme
- 2.3, 3.3
- hinteres Ende
- 2.4, 3.4
- Radträger-Anbindungsbereich
- 4
- Torsionsabschnitt
- 5
- Radträgerhalterung
- 6
- Federaufnahme
- 7
- Ansatzstück
- 8
- Kopplungsanordnung
- 8.1
- mittlerer Bereich
- 9, 10
- Kopplungsarm
- 9.1
- Gabelabschnitt
- 9.2, 9.3
- Gabelarm
- 10.1
- Endabschnitt
- 11
- Verbindungsanordnung
- 12,20
- Gummi-Metall-Buchse
- 13
- Innenhülse
- 14
- Gummielement
- 14.1, 14.2
- Ausnehmung
- 14.3, 14.4
- Steg
- 15
- Außenhülse
- 16
- Achsstift
- 17
- Schweißnaht
- F
- Kraft
- X
- X-Achse
- Y
- Y-Achse
- Z
- Z-Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8684380 B2 [0004]
- US 8414001 B2 [0004]
- US 2011/0031712 A1 [0004]
- US 8590911 B2 [0004]
- US 2003/0141757 A1 [0005]
