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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Achsenvorrichtung für die Anbindung eines Rades an die Karosserie eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit einer Karosserie mit zumindest zwei solcher Achsenvorrichtungen an einer Achse.
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Die vorliegende Erfindung behandelt Achsenvorrichtungen, wie sie bei Fahrzeugen mit Einzelradaufhängung zum Einsatz kommen. Die auf die Räder wirkenden Kräfte müssen in allen Freiheitsgrade abgestützt werden. Dies geschieht in der Regel einerseits über Fahrwerkslenker, die eventuell mit aktiven Stellelementen bspw. zur Lenkung versehen sein können. Andererseits werden die auf die Räder wirkenden Kräfte über Feder-Dämpfer-Einheiten abgestützt. Dies dient der Erhöhung von Komfort, Sicherheit und Stabilität. Die Feder-Dämpfer-Einheit kann entweder koaxial ausgeführt sein oder Feder und Dämpfer sind voneinander getrennt. Die einzelnen Lenker dienen dazu, eine definierte Relativbewegung beim Einfedern und beim Ausfedern des Rades zwischen dem Radträger und der Karosserie vorzugeben. Stützt sich die Feder oder der Dämpfer auf einem Fahrwerkslenker ab, so muss der Krafteinleitungspunkt bei sogenannten Stablenkern, welche zur Karosserie und zum Radträger je nur einen Anbindungspunkt haben, auf der Verbindungslinie zwischen den Anbindungspunkten liegen, da diese Lenker - anders als Dreiecks- oder Trapez-Lenker - keine Momente abstützen können. Werden Feder und Dämpfer auf einem Stablenker separat abgestützt, führt dies zu einem Bauraumnachteil, da beide Elemente auf der Wirklinie des Stablenkers liegen müssen und nicht versetzt zur Wirklinie angeordnet werden können.
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Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass bei der Trennung der Federeinheit von der Dämpfereinheit relativ viel Platz notwendig ist, um diese im Bereich der Achsenvorrichtung anzuordnen und vor allem mit einem entsprechenden Traglenker kraftübertragend zu verbinden. Üblicherweise werden für ein verbessertes Verhalten der Federeinheit und der Dämpfereinheit und damit für eine erhöhte Sicherheit bzw. einen verbesserten Komfort beim Bewegen des Fahrzeugs die Federeinheit und die Dämpfereinheit in Querrichtung des Fahrzeugs versetzt angeordnet. Dies führt jedoch dazu, dass in dieser Querrichtung die Achsenvorrichtung einen erhöhten Platzbedarf im Vergleich zu kombinierten Feder-Dämpfer-Einheiten benötigt. Insbesondere, wenn zwischen zwei Radträgern ein Kofferraum oder weitere Einbauteile, wie zum Beispiel Batterievorrichtungen oder Elektroantriebsmotoren, eingebaut werden sollen, führt dieser erhöhte Platzbedarf der Achsenvorrichtung zu reduzierten Platzmöglichkeiten zwischen den Radträgern oder zu einer erhöhten Breite des Fahrzeugs.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine Trennung der Federeinheit von der Dämpfereinheit zu ermöglichen und gleichzeitig einen reduzierten Platzbedarf in der Querrichtung zur Verfügung stellen zu können.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Achsenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Achsenvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Erfindungsgemäß dient die Achsenvorrichtung für eine Anbindung eines Rades an die Karosserie eines Fahrzeugs. Hierfür weist die Achsenvorrichtung einen Radträger zur Befestigung des Rades auf. Darüber hinaus ist ein erster Lenker und ein zweiter Lenker zur kraftübertragenden Verbindung mit der Karosserie vorgesehen, welche beide mit dem Radträger verbunden sind. Weiter ist ein Traglenker vorgesehen, welcher mit einem Trägerabschnitt ausgestattet ist, welcher wiederum mit dem Radträger verbunden ist. Der Trägerabschnitt weist einen Karosserieabschnitt zur kraftübertragenden Verbindung mit der Karosserie auf, wobei der Traglenker einen Federabschnitt zur Abstützung einer Federeinheit und einen Dämpferabschnitt zur Abstützung einer Dämpfereinheit aufweist. In Fahrtrichtung der Karosserie ist der Federabschnitt von dem Dämpferabschnitt beabstandet, wobei weiter der Karosserieabschnitt einen Torsionsabschnitt aufweist. Dieser Torsionsabschnitt ist mit einer Bewegungsfreiheit in Fahrtrichtung und in Querrichtung der Karosserie ausgestattet, während er in Höhenrichtung der Karosserie eine Befestigungssteifheit aufweist.
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Eine erfindungsgemäße Achsenvorrichtung für die Anbindung eines Rades an die Karosserie eines Fahrzeugs basiert also grundsätzlich auf sogenannten Mehrlenkersystemen zum Anbinden des Rades. Diese verschiedenen Lenker dienen dazu, zum einen eine mechanisch stabile und kraftübertragende Anbindung des Radträgers an die Karosserie zu gewährleisten. Zum anderen sind solche Mehrlenkersysteme dafür geeignet, die Bewegung des Rades bzw. des Radträgers beim Einfedern und beim Ausfedern zuzulassen bzw. vorzugeben. Dafür sind die einzelnen Träger teilweise kraftübertragend, teilweise gelenkig mit dem jeweiligen Bauteil verbunden. Dabei sind bei bekannten Lösungen Mehrlenkersysteme insbesondere als Dreilenkersysteme aber auch als Fünflenkersysteme bekannt. Eine erfindungsgemäße Lösung weist zumindest zwei Lenker auf, welche zur Anbindung zusätzlich zu dem entscheidenden Traglenker vorgesehen sind.
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Ein entscheidender Gedanke der vorliegenden Erfindung ist die Korrelation der Befestigungsarten des Traglenkers über einen Torsionsabstützabschnitt in Kombination mit einer entsprechenden Beabstandung von Dämpferabschnitt und Federabschnitt. Dabei wird Bezug genommen auf ein fahrzeugeigenes Koordinatensystem, welches üblicherweise mit den Koordinatenrichtungen x, y und z bezeichnet wird. Diese korrelieren mit entsprechenden Ausrichtungen der Karosserie, wie folgt angegeben. Die Fahrtrichtung der Karosserie entspricht dabei der x-Achse eines solchen Koordinatensystems. Quer zur Fahrtrichtung kann die Querrichtung der Karosserie definiert werden, welche senkrecht zu der Fahrtrichtung ausgerichtet ist und gemeinsam mit dieser einen Ebene aufspannt, welche parallel oder im Wesentlichen parallel zur Fahrbahnunterlage der Karosserie ausgerichtet ist. Diese Querrichtung wird im Fahrzeugkoordinatensystem auch als y-Achse bezeichnet. Auf der x-Achse und der y-Achse senkrecht und damit auch auf der Fahrtrichtung und der Querrichtung senkrecht nach oben ist die Höhenrichtung ausgerichtet, welche im Koordinatensystem für das Fahrzeug als z-Achse bezeichnet wird.
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Erfindungsgemäß wird nun der Platzbedarf der Achsenvorrichtung dadurch reduziert, dass der Federabschnitt und der Dämpferabschnitt voneinander in Fahrtrichtung, also in x-Richtung des Fahrzeugkoordinatensystems, beabstandet angeordnet sind. Zusätzlich ist es auch möglich, dass der Federabschnitt und der Dämpferabschnitt auch noch in y-Richtung, also in Querrichtung der Karosserie, voneinander beabstandet angeordnet sind. Dadurch, dass nun zumindest in der Fahrtrichtung eine Beabstandung von Federabschnitt und Dämpferabschnitt vorgesehen ist, kann eine deutlich kompaktere Bauweise vorgesehen werden, mit Bezug auf die Ausrichtung in Querrichtung der Achsenvorrichtung. In Draufsicht führt dies dazu, dass quasi eine überlappende oder zumindest teilweise überlappende bzw. benachbarte Anordnung von Federeinheit und Dämpfereinheit möglich wird, so dass die Baubreite in Querrichtung der Achsenvorrichtung reduziert wird. Gleichzeitig werden jedoch die Vorteile erzielt, welche durch die Trennung der Federeinheit von der Dämpfereinheit im Vergleich zu kombinierten Feder-Dämpfer-Einheiten erzielbar sind. Somit wird ein verbessertes und sichereres Feder- und Dämpferverhalten erzielbar, ohne den Platzbedarf in Querrichtung zu beeinträchtigen. Damit kann das Fahrzeug mit einer geringeren Breite ausgestattet werden und/oder der Raum zwischen den Radträgern mit höherer Flexibilität genutzt werden. Auch ist es möglich, bei gleicher Fahrzeugbreite größere Radbreiten bzw. Reifenbreiten zu verwenden.
Durch die Beabstandung von Federabschnitt und Dämpferabschnitt in Fahrtrichtung entsteht jedoch beim Einfedern und Dämpfen, wie auch beim Ausfedern und Dämpfen der Ausfederbewegung, eine Rotationskraft bzw. eine Torsion. Um diese Torsion im Traglenker durch den Hebelarm in Fahrtrichtung aufnehmen zu können, ist bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Traglenkers der Karosserieabschnitt mit einem Torsionsabstützabschnitt ausgestattet. Dieser erlaubt es, durch seine Bewegungssteifheit in Höhenrichtung, sowohl nach oben als auch nach unten diese Torsion aufzunehmen und abzustützen. Eine Torsion des Traglenkers bzw. der gesamten Achsenvorrichtung wird damit deutlich reduziert und durch eine separate Krafteinleitungsstelle am Torsionsabschnitt an der Karosserie abstützbar. Um trotz dieser Abstützung der unerwünschten Torsion eine Überbestimmtheit des Lenkersystems der Achsenvorrichtung zu vermeiden, ist der Torsionsabschnitt jedoch mit einer Bewegungsfreiheit in den beiden anderen Achsenrichtungen, also in der Fahrtrichtung und in der Querrichtung der Karosserie, ausgestattet. Damit werden die Vorteile der Trennung von Federeinheit und Dämpfereinheit bei reduziertem Platzbedarf in der Querrichtung der Karosserie erzielbar, ohne dass zusätzliche Kraftübertragungen bzw. zusätzliche Torsionsprobleme in dem Lenkersystem der Achsenvorrichtung auftreten würden.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Achsenvorrichtung der Torsionsabschnitt als Koppelabschnitt ausgebildet ist. Dabei handelt es sich um eine leichte und kostengünstige Ausgestaltung des Torsionsabschnitts. Bevorzugt ist dieser Koppelabschnitt auch als mehrteiliger Koppelabschnitt mit zwei oder mehr einzelnen Koppelarmen zur Verfügung gestellt. Die Verwendung eines Koppelabschnitts erlaubt es hier, eine gelenkige Verbindung mit der Karosserie zu vermeiden, so dass insbesondere eine ungelenkige bzw. gelenkfreie Koppel als Koppelabschnitt für den Torsionsabstützabschnitt zur Verfügung gestellt wird.
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Bei der Achsenvorrichtung nach dem voranstehenden Absatz kann es Vorteile mit sich bringen, wenn der Torsionsabstützabschnitt in Form des Koppelabschnitts einen Bewegungsfreiraum in Querrichtung und in Fahrtrichtung der Karosserie aufweist. Dieser Freiraum unterscheidet sich insbesondere von einem fehlenden Bewegungsfreiraum in Höhenrichtung, so dass in Höhenrichtung sowohl nach oben als auch nach unten eine entsprechende Abstützung von Torsionskräften möglich wird. Der Bewegungsfreiraum gibt genau die beiden Freiheitsgrade gegen eine Überbestimmung an, wie sie gemäß der Kernidee der vorliegenden Erfindung in dem Torsionsabstützabschnitt vorgesehen sein sollen.
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Ein weiterer Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Achsenvorrichtung der Torsionsabstützabschnitt einen Lagerabschnitt aufweist mit Lagerfreiheitsgraden in Fahrtrichtung und in Querrichtung der Karosserie. Somit ist es auch möglich, wenn zur Anbindung an der Karosserie der Torsionsabstützabschnitt eine entsprechende Lagervorrichtung aufweist. Um jedoch auch hier eine unerwünschte mechanische Überbestimmung der Lagerung zu vermeiden, sind in Fahrtrichtung und in Querrichtung Lagerfreiheitsgrade vorgegeben, welche zum Beispiel durch entsprechende Freiräume am Lagerabschnitt gewährleistet sein können.
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Bei der Ausführungsform des voranstehenden Absatzes bringt es Vorteile mit sich, wenn bei der Achsenvorrichtung der Torsionsabstützabschnitt in Form des Lagerabschnitts zur Ausbildung der Lagerfreiheitsgrade eine mechanische Weichheit, insbesondere eine Elastizität in Fahrtrichtung und/oder in Querrichtung der Karosserie aufweist. Eine solche mechanische Weichheit kann zum Beispiel durch elastische Bauteile oder Gummiteile gewährleistet werden. Neben der Reduktion der Lagerbestimmtheit wird auf diese Weise eine Vibrationssicherung bzw. eine Vibrationsreduktion möglich, da Vibrationen durch diese mechanische Weichheit sozusagen gedämpft werden können. Als Freiheitslänge für die Längenfreiheitsgrade ist vorzugsweise die mechanische Weichheit über einen Längenbereich von ca. 10 mm ausgestaltet.
Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Achsenvorrichtung der Traglenker eine Kraftwirkungslinie aufweist, entlang welcher die Kraft zwischen dem Radträger und der Karosserie übertragen wird, wobei der Federabschnitt und der Dämpferabschnitt auf unterschiedlichen Seiten der Kraftwirkungslinie angeordnet sind. Der Traglenker dient also dazu, die Kraft entlang dieser Kraftwirkungslinie, welcher auch als physikalischer Kraftpfad verstanden bzw. benannt werden kann, in die Karosserie zu übertragen. Die Anordnung von Federabschnitt und Dämpferabschnitt auf unterschiedlichen Seiten dieser Kraftwirkungslinie reduziert die entstehende Torsion beim Einfedern und beim Ausfedern am Traglenker. Dadurch, dass für die Torsion letztendlich der Hebelarm zwischen der Kraftwirkungslinie und dem Federabschnitt bzw. dem Dämpferabschnitt entscheidend ist, wird durch die Anordnung dieser beiden Abschnitte auf unterschiedlichen Seiten der Kraftwirkungslinie der Hebelarm mit unterschiedlichen Vorzeichen ausgebildet. Die entstehende Rotationskraft bzw. die resultierende Torsion aus Federabschnitt und Dämpferabschnitt hebt sich somit gegenseitig zumindest teilweise auf und die resultierende Gesamttorsion wird auf diese Weise deutlich reduzierbar.
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Vorteilhaft ist es bei der Ausführungsform gemäß des voranstehenden Absatzes, wenn bei der Achsenvorrichtung der Abstand des Federabschnitts zur Kraftwirkungslinie dem Abstand des Dämpferabschnitts zur Kraftwirkungslinie entspricht oder im Wesentlichen entspricht. Damit kann die entstehende Torsion minimiert werden oder sogar bei identischer Ausgestaltung dieser beiden Abstände gänzlich vermeidbar sein. Damit wird es möglich, die mechanische Ausprägung der Koppel bzw. des Torsionsabstützabschnitts zu reduzieren und gleichzeitig die mechanische Belastung zu minimieren, so dass Gewicht, Platzbedarf verbessert und die Standzeit verlängert werden kann.
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Ein weiterer Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Achsenvorrichtung der Torsionsabstützabschnitt einen Anbindungsarm aufweist für die Anbindung an die Karosserie. Der Anbindungsarm kann dabei vorzugsweise fest und kraftschlüssig mit der Karosserie verbunden sein und ein entsprechendes Gegenlager, einen Gegen-Lagerabschnitt oder einen Gegen-Koppelabschnitt aufweisen, um die entsprechende Abstützung des Torsionsabschnitts gewährleisten zu können. Über den Anbindungsarm kann ein entsprechender Höhenversatz zur Anbindung an die Karosserie ausgeglichen werden, so dass ein zusätzlicher Hebelarm in dieser Höhenrichtung vermeidbar oder zumindest definiert vorgebbar ist.
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Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Achsenvorrichtung der Karosserieabschnitt des Traglenkers neben dem Torsionsabstützabschnitt noch wenigstens einen Befestigungsabschnitt zur Befestigung an der Karosserie aufweist. Vorzugsweise handelt sich auf diese Weise um eine statisch bestimmte Befestigung am Befestigungsabschnitt, welche ohne Freiheitsgrad bzw. mit einer Bestimmtheit in Querrichtung, Höhenrichtung und in Fahrtrichtung der Karosserie ausgebildet ist.
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Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer Karosserie mit wenigstens zwei Achsen. Dabei ist wenigstens eine Achse beidseitig an der Karosserie jeweils zumindest mit einer Achsenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet. Durch die Verwendung von zumindest einer erfindungsgemäßen Achsenvorrichtung beidseitig an jeder Achse bringt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Achsenvorrichtung erläutert worden sind. Bei der Achse, die mit den erfindungsgemäßen Achsenvorrichtungen ausgestattet ist, handelt es sich vorzugsweise um eine angetriebene Achse des Fahrzeugs.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Achsenvorrichtung,
- 2 die Ausführungsform der 1 in einer Unteransicht,
- 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Achsenvorrichtung und
- 4 die Ausführungsform der 3 in einer Detaildarstellung.
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Die 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der Achsenvorrichtung 10. Diese ist hier im Wesentlichen mit einem ersten Lenker 30 und einem zweiten Lenker 40 ausgestaltet, welche sich kraftübertragend zwischen dem Radträger 20 und der Karosserie 100 erstrecken. Am Radträger 20 ist hier das Rad 200 angebunden und rotationsfrei befestigt. Für ein Einfedern und Ausfedern in gedämpfter Weise sind eine Federeinheit 60 und getrennt von dieser eine Dämpfereinheit 70 vorgesehen. Um eine Kraftübertragung auf Federeinheit 60 und Dämpfereinheit 70 gewährleisten zu können, ist die Achsenvorrichtung 10 hier als Mehrlenkersystem ausgestaltet mit einem Trägerlenker 50. Dieser Trägerlenker 50 erstreckt sich zwischen dem Radträger 20 und der Karosserie 100 ebenfalls in kraftübertragender Weise.
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Wie die 1 und 2 gut zeigen, ist der Traglenker 20 über einen Trägerabschnitt 52 mit dem Radträger 20 kraftübertragend verbunden. Folgt man nun in Querrichtung QR der Karosserie 100 dem Traglenker 50 nach links in 1 und 2, also mit Bezug auf die Karosserie 100 vom Rad 200 nach innen, so gelangt man vom Trägerabschnitt 52 zuerst zu einem Dämpferabschnitt 58, welcher zur Anordnung und Befestigung der Dämpfereinheit 70 dient. Weiter in Querrichtung nach innen folgt in Querrichtung QR entsprechend versetzt der Federabschnitt 56, welcher hier die Federeinheit 60 aufnimmt. Zur Anbindung und Abstützung der Kräfte des Radträgers 20, der Dämpfereinheit 70 und der Federeinheit 60 ist hier ein Befestigungsabschnitt 53 vorgesehen, um die Kraft in die Karosserie 100 zu übertragen.
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Neben dem Versatz bzw. der Beabstandung zwischen Dämpferabschnitt 58 und Federabschnitt 56 in Querrichtung QR ist gemäß 2 gut auch ein Versatz bzw. eine Beabstandung in Fahrtrichtung FR zu erkennen. Findet nun eine Kraftübertragung an dem Dämpferabschnitt 28 und dem Federabschnitt 26 statt, so bilden diese Hebelarme um die Kraftwirkungslinie KL gemäß 2 aus. Diese beiden Hebelarme sind unterschiedlich ausgerichtet auf unterschiedlichen Seiten der Kraftwirkungslinie KL, so dass sich die entstehende Torsion teilweise gegenseitig aufhebt. Die resultierende Resttorsion muss jedoch über den Traglenker 50 abgestützt werden an der Karosserie 100. Um das Einbringen der Torsionskraft am Befestigungsabschnitt 53 zu vermeiden, ist daher hier an dem Karosserieabschnitt 54 zusätzlich ein Torsionsabstützabschnitt 55 vorgesehen. Dieser Torsionsabstützabschnitt 55 ist bei der Ausgestaltungsform der 1 und 2 als Koppelabschnitt ausgestaltet und bildet eine Befestigungssteifheit in Höhenrichtung HR zur Abstützung dieser resultierenden Resttorsion aus. Um eine Überbestimmtheit des Lenkersystems der Achsenvorrichtung 10 zu vermeiden, ist jedoch dieser Koppelabschnitt des Torsionsabstützabschnitts 55 in Querrichtung QR und in Fahrtrichtung FR mit einer Befestigungsfreiheit ausgestaltet.
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Die 3 und 4 zeigen eine ähnliche Ausgestaltungsform der Achsenvorrichtung 10, wobei jedoch hier der Karosserieabschnitt 54 den Torsionsabstützabschnitt 55 in Form eines Lagerabstützabschnitts aufweist. Dieses Lager weist entsprechende Lagerfreiheitsgrade in Querrichtung QR und in Fahrtrichtung FR auf, welche zum Beispiel durch die mechanische Weichheit entsprechender Gummibauteile gewährleistet werden kann. Um einen Versatz in Höhenrichtung HR ausgleichen zu können, ist bei beiden Ausführungsformen, also bei den 1 und 2 wie auch bei den 3 und 4 ein Anbindungsarm 57 vorgesehen, welcher die entsprechende Kopplungsanbindung bzw. die entsprechende Lageranbindung aufweist.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
