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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lenker für ein Lenkersystem zur Anbindung eines Radträgers an eine Karosserie eines Fahrzeugs sowie ein Lenkersystem für eine Anbindung eines Radträgers an eine Karosserie eines Fahrzeugs.
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Es ist bekannt, dass Lenkersysteme eingesetzt werden, um Radträger mit der Karosserie des Fahrzeugs zu verbinden. Solche Lenkersysteme können aus einzelnen, insbesondere aus mehreren unterschiedlichen Einzellenkern bestehen, um die gewünschte Bewegungsfreiheit für eine Federdämpferkombination, aber auch für gelenkte Achsen am Radträger zur Verfügung stellen zu können. Für diese Bewegungsfreiheit sind die Lenker jeweils mit Lageraufnahmen ausgestattet, um am Radträger am einen Ende des Lenkers und an der Karosserie am anderen Ende gelenkig befestigt zu werden. Die Hauptaufgabe der bekannten Lenker ist es, die entstehenden Kräfte bei der Bewegung des Fahrzeugs vom Radträger aufzunehmen und an die Karosserie weiterleiten zu können bzw. umgekehrt.
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Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass für die mechanische Stabilität die Lenker sehr massiv ausgelegt werden müssen. Dies beruht insbesondere auf der Tatsache, dass im Bereich der Gelenklageraufnahme üblicherweise eine Gelenkverkippung notwendig ist, um die gewünschten geometrischen Verhältnisse am Radträger, am Lenker und an der Karosserie aufnehmen zu können. Diese Gelenkverkippung erfordert es darüber hinaus, einen entsprechenden Zugangsraum frei zu halten, um den Lenker auch in der gewünschten Weise montieren zu können. Um dies zu gewährleisten, ist eine sehr massive Ausgestaltung des Lenkers in diesem Gelenkabschnitt notwendig, welche üblicherweise als sogenannter S-Schlag zur Verfügung gestellt wird. Um ein unerwünschtes Verbiegen oder Deformieren in dem Bereich des Gelenkabschnitts zu vermeiden, muss hier mit massivem Material gearbeitet werden, um eine ausreichende mechanische Stabilität gewährleisten können. Neben dem hohen Materialeinsatz führt dies zu erhöhtem Platzbedarf sowie erhöhtem Gewicht des jeweiligen Lenkers.
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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 einen Lenker für ein Lenkersystem stabil und gleichzeitig möglichst leicht ausgestalten zu können.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Lenker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Lenkersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9. 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 dem erfindungsgemäßen Lenker beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lenkersystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Ein erfindungsgemäßer Lenker für ein Lenkersystem dient der Anbindung eines Radträgers an eine Karosserie eines Fahrzeugs. Hierfür weist der Lenker einen Grundkörper mit einem Gelenkabschnitt mit einer Gelenklageraufnahme zur gelenkigen Befestigung an der Karosserie auf. Der Grundkörper ist weiter mit einem Radträgerabschnitt mit einer Radträgergelenkaufnahme zur gelenkigen Befestigung an einem Radträger des Fahrzeugs ausgestattet. Zur Verbindung zwischen dem Gelenkabschnitt und dem Radträgerabschnitt ist ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Radträgerabschnitt und dem Gelenkabschnitt vorgesehen. Im Gelenkabschnitt bilden die Flächenschwerpunkte des Grundkörpers eine Schwerpunktslinie aus, welche mittig zur Längsachse des Grundkörpers ausgerichtet ist. Dieser mittige Flächenschwerpunkt bzw. der Verlauf entlang einer Schwerpunktslinie aller Flächenschwerpunkte des Grundkörpers im Gelenkabschnitt mittig zur jeweiligen Längsachse bringt eine Vielzahl von Vorteilen mit sich. Zum einen wird die mittige Ausrichtung zu einer symmetrischen Kraftverteilung im Grundkörper führen. Besonders vorteilhaft ist jedoch die hohe Bauteilsteifigkeit, die hier bei geringem Gewicht möglich wird. Unabhängig von der tatsächlichen geometrischen Ausgestaltung im Bereich des Gelenkabschnitts wird die mittige Anordnung der Schwerpunktslinie insbesondere auf gleicher oder im Wesentlichen gleicher Höhe und damit zum Teil koaxial mit der Längsachse des Grundkörpers dazu führen, dass die Krafteinbringung ohne oder nur mit einem geringen Hebelarm zwischen der Schwerpunktslinie und der Längsachse erfolgt. Damit wird sichergestellt, dass keine oder nur sehr geringe Biegemomente in diesem Bereich in den Gelenkabschnitt eingebracht werden, sodass eine einfache und stabile Weiterleitung des eingebrachten Biegemoments über den Lenker bzw. den Grundkörper möglich wird.
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Erfindungsgemäß ist unter einem Flächenschwerpunkt der jeweilige Schwerpunkt des Grundkörpers in der jeweiligen Querschnittsfläche zu verstehen. Folgt man den einzelnen Querschnitten durch den Grundkörper hindurch, so hat jeder dieser einzelnen Querschnitte einen eigenen und eineindeutigen Flächenschwerpunkt. Die Verbindung all dieser Flächenschwerpunkte aller Querschnitte des Grundkörpers ergibt zusammen eine Linie, welche im Sinne der vorliegenden Erfindung als Schwerpunktslinie zu verstehen ist. Diese Schwerpunktslinie kann gerade ausgestaltet sein, aber auch eine gekrümmte oder geknickte Form aufweisen. Die Ausgestaltung der Schwerpunktslinie hängt direkt mit dem Querschnittsverlauf des Grundkörpers und dem damit zusammenhängenden Verlauf der Flächenschwerpunkte zusammen.
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Der mittige Bezug bzw. die mittige Ausrichtung der Schwerpunktslinie zur Längsachse ist insbesondere mit einer koaxialen Ausgestaltung im Gelenkabschnitt mit der Längsachse für die Schwerpunktslinie gleichzusetzen. Dies führt dazu, dass überhaupt kein zusätzliches Biegemoment in diesem Bereich des Gelenkabschnitts in den Grundkörper eingebracht wird, sondern vielmehr eingebrachte Kräfte über die Längsachse, welche vorzugsweise auch gleichzeitig die Kraftwirkungslinie ist, über den Grundkörper an den Radträgerabschnitt weitergeleitet werden.
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Wie aus der voranstehenden Erläuterung ersichtlich ist, kann nun durch geschickte Wahl des Flächenschwerpunkts bzw. der entsprechenden Querschnitte im Gelenkabschnitt der Schwerpunktslinie an der Längsachse ausgerichtet werden. Bei im Wesentlichen freier oder zumindest teilweise kompensierender Ausgestaltung des jeweiligen Querschnitts im Grundkörper führt dies dazu, dass auch bei komplexen Geometrien, wie zum Beispiel einer Gelenkverkippung oder aber bei entsprechenden notwendigen Montagefreiräumen trotzdem eine sehr stabile und gleichzeitig leichte Konstruktion des Grundkörpers möglich wird.
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Die Freiheit der geometrischen Gestaltung des Gelenkabschnitts wirkt dabei nur eingeschränkt durch die entsprechende Auswahl der korrespondierenden Querschnitte des Grundkörpers, um in erfindungsgemäßer Weise die Schwerpunktslinie entlang der Längsachse des Grundkörpers mittig auszurichten. Beispiele für solche Ausgestaltungen sind nachfolgend erläutert.
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So kann es vorteilhaft sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lenker eine muldenförmige Vertiefung von seitlichen Erhöhungen wenigstens teilweise umgeben ist. Eine solche muldenförmige Vertiefung sieht im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig aus, sodass die Vertiefung in diesem U eine muldenförmige Vertiefung mit den entsprechenden Seitenschenkeln des U und damit seitlichen Erhöhungen umgeben ist. Dies führt zu einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung, um die erfindungsgemäße Ausrichtung der Schwerpunktslinie mittig zur Längsachse des Grundkörpers zu gewährleisten. Die muldenförmige Vertiefung erlaubt es nun, auch bei einer Gelenkverkippung leicht und einfach für eine Montage zur entsprechenden Gelenklageraufnahme zu gelangen. Da sich durch diese muldenförmige Vertiefung der entsprechende Flächenschwerpunkt jedoch deutlich absenken würde, wird dies kompensiert durch seitliche Erhöhung mit zusätzlichem Material. Damit bleibt die muldenförmige Vertiefung bestehen und lässt die Zugänglichkeit unangetastet, während jedoch durch die seitlichen Erhöhungen der Flächenschwerpunkt wieder angehoben und entsprechend der vorliegenden Erfindung mittig zur Längsachse des Grundkörpers ausgerichtet werden kann.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lenker der Gelenkabschnitt, der Verbindungsabschnitt und/oder der Radträgerabschnitt symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch zur Längsachse des Grundkörpers ausgebildet sind. Bevorzugt sind zumindest Gelenkabschnitt und Radträgerabschnitt entsprechend symmetrisch ausgebildet. Dies führt dazu, dass seitliche Biegemomente, also ein Ausbrechen des Lenkers bzw. des Grundkörpers nach links oder rechts unter Belastung, vermieden oder zumindest diese Wahrscheinlichkeit reduziert wird. Die Schwerpunktslinie erstreckt sich dabei auf vorteilhafter Weise entlang einer Kraftwirkungslinie bzw. in einer senkrechten Ebene gemein mit der Längsachse bzw. der Kraftwirkungslinie. Die Symmetrie gilt dabei insbesondere auch für die seitlichen Erhöhungen, wie sie bei einer muldenförmigen Vertiefung im voranstehenden Absatz erläutert worden sind.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lenker der Gelenkabschnitt biegefrei oder im Wesentlichen biegefrei ausgebildet ist. Dies erlaubt es, Biegemomente in diesem Bereich des Gelenkabschnitts zu reduzieren oder im Wesentlichen zu reduzieren. Die aufgenommene Kraft im Gelenkabschnitt wird dabei vorzugsweise entlang der Längsachse, insbesondere damit auch entlang einer Kraftwirkungslinie in den Grundkörper eingebracht, sodass weder seitlich noch quer ein entsprechender Höhenversatz entsteht. Beim Aufbringen von hohen Kraftübertragungen führt dies dazu, dass in diesem Bereich die geringste mechanische Belastung vorliegt, sodass ein mechanischer Defekt, insbesondere ein vordefinierter mechanischer Defekt nicht in diesem Bereich, sondern zum Beispiel im Verbindungsabschnitt auftritt, wie dies später noch in Bezug auf den definierten Fehlerfall erläutert wird.
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Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lenker die Schwerpunktslinie im Gelenkabschnitt auf oder im Wesentlichen auf einer Kraftwirkungslinie zwischen dem Gelenkabschnitt und dem Radträgerabschnitt angeordnet ist. Die Schwerpunktslinie verläuft dabei vorzugsweise koaxial mit dieser Kraftwirkungslinie, welche insbesondere koaxial mit der Längsachse des Grundkörpers ausgerichtet ist. Dabei handelt es sich um eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung für die beschriebene Biegefreiheit gemäß dem voranstehenden Absatz. Gleiches gilt, wie ebenfalls später noch erläutert wird, vorzugsweise auch für den Radträgerabschnitt.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lenker die Schwerpunktslinie im Verbindungsabschnitt einen Abstand, insbesondere in einer Höhenrichtung zu einer Kraftwirkungslinie zwischen dem Gelenkabschnitt und dem Radträgerabschnitt aufweist. Mit anderen Worten ist der Verbindungsabschnitt explizit konträr zum Gelenkabschnitt ausgebildet, nämlich nicht biegefrei, sondern mit einem Biegehebel für ein definiertes Biegemoment zur Kraftwirkungslinie ausgestattet. Ein solches definiertes Biegemoment wird durch einen definierten Hebelarm, nämlich den Versatz bzw. den Abstand zwischen Schwerpunktslinie und Kraftwirkungslinie, vordefiniert eingestellt. So kann es gewünscht sein, bei Überlastung des Lenkers an einer definierten Position diese Überlastung visuell darzustellen. Diese visuelle Darstellung erfolgt üblicherweise durch plastische Verformung in dem definierten Bereich, hier im Verbindungsabschnitt. Da jedoch diese definierte plastische Verformung für einen definierten Fehlerfall nur ab einer definierten Überlastsituation stattfinden soll, kann nun einfach und kostengünstig durch die Einstellung des Abstandes zwischen der Schwerpunktslinie und der Kraftwirkungslinie die Vordefinition und damit die Auslöseschwelle für diesen definierten Fehlerfall vorgegeben und konstruktiv ausgelegt werden.
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Weitere Vorteile sind erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lenker die Schwerpunktslinie im Radträgerabschnitt auf oder im Wesentlichen auf der Kraftwirkungslinie angeordnet ist. Damit werden die gleichen Vorteile auch für den Radträgerabschnitt erzielt, wie sie bei der Einbringung von Kräften in den Gelenkabschnitt erläutert worden sind. Insbesondere erfolgt auch die Einbringung im Radträgerabschnitt biegefrei sozusagen direkt in die Kraftwirkungslinie. Der voranstehend beschriebene definierte Fehlerfall bleibt damit auf den Verbindungsabschnitt vollständig oder im Wesentlichen vollständig beschränkt.
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Vorteile bringt es weiter mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Lenker die Schwerpunktslinie zumindest im Verbindungsabschnitt mit kontinuierlicher Abstandsvariation zur Kraftwirkungslinie, insbesondere in gekrümmter Weise, ausgebildet ist. Damit wird ein unerwünscht starker Sprung im Biegeverlauf vermieden. Insbesondere erfolgt auf diese Weise auch eine exakte Trennung zwischen einem gewünschten Biegebereich und den benachbarten Gelenkaufnahmen. Das Vermeiden eines sprunghaften Biegeverlaufs trägt weiter zur Stabilisierung bzw. zur erhöhten Stabilität des Lenkers im Einsatz bei.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Lenkersystem für die Anbindung eines Radträgers an eine Karosserie eines Fahrzeugs, aufweisend wenigstens einen erfindungsgemäßen Lenker. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Lenkersystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Lenker erläutert worden sind.
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Ein erfindungsgemäßes Lenkersystem lässt sich dahingehend weiterbilden, dass der wenigstens eine Lenker als Querlenker ausgebildet ist. Ein Querlenker ist insbesondere dahin gehend vorteilhaft für ein erfindungsgemäßes Lenkersystem, da hier mit freien Gelenkverkippungen gearbeitet werden kann, ohne dass Nachteile hinsichtlich der mechanischen Stabilität entstehen.
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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 eines erfindungsgemäßen Lenkers,
- 2 die Ausführungsform der 1 in seitlicher Darstellung,
- 3 die Ausführungsformen der 1 und 2 im seitlichen Querschnitt,
- 4 die Ausführungsformen der 1 bis 3 in vergrößerter Darstellung des Gelenkabschnitts und
- 5 ein Querschnitt entlang der Längsachse durch den Gelenkabschnitt.
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In den 1 bis 5 ist schematisch ein Lenker 10 eines erfindungsgemäßen Lenkersystems dargestellt. Bei dieser Ausgestaltung ist der Lenker 10 als Querlenker ausgeführt und weist zur Verbindung zwischen Karosserie und Radträger die entsprechenden Abschnitte zur Befestigung auf. Dabei handelt es sich zum einen um den Radträgerabschnitt 40 und zum anderen um den Gelenkabschnitt 30. Der Gelenkabschnitt 30 ist mit einer Gelenklageraufnahme 32 ausgestattet, welche hier mit einer Gelenkverkippung für eine gelenkige Befestigung an der Karosserie des Fahrzeugs ausgebildet ist. Am gegenüberliegenden Ende des Grundkörpers 20 des Lenkers 10 ist der Radträgerabschnitt 40 mit einer Radträgergelenkaufnahme 42 ausgestattet. Der gesamte Grundkörper 20 erstreckt sich dabei entlang seiner Längsachse LA.
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Um die Kraft wirkungsvoll zwischen dem Gelenkabschnitt 30 und dem Radträger 40 übertragen zu können, kann die Kraft entlang der Längsachse LA, welche hier auch die Kraftwirkungslinie KL ist, übertragen werden. Für die gewünschte mechanische Stabilisierung des hier als Gussteil ausgebildeten Lenkers 10 ist hier insbesondere Augenmerk zu legen auf den Gelenkabschnitt 30.
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Insbesondere in den 2, 3 und 4 ist gut zu erkennen, dass der Gelenkabschnitt 30 mit seiner Gelenklageraufnahme 32 eine Gelenklagerverkippung aufweist, also schräg bzw. winklig am Grundkörper 20 befestigt ist. Um nun sicherzustellen, dass in diesem Bereich eine biegefreie Aufnahme der Kräfte erfolgen kann, ist in den 1, 2, 3, 4 und 5 die Schwerpunktslinie S aller Flächenschwerpunkte der Querschnitte des Grundkörpers 20 dargestellt. Der Verlauf entlang der Längsachse LA ist dabei teilweise beabstandet von der Längsachse LA und damit auch beabstandet von der Kraftwirkungslinie KL.
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Ein entscheidender Vorteil der vorliegenden Erfindung wird dadurch erzielt, dass die Schwerpunktslinie S die Kraftwirkungslinie KL bzw. die Längsachse LA im Bereich des Gelenkabschnitts 30 berührt bzw. dort mittig zu derselben ausgerichtet ist. Dies ist insbesondere in den 4 und 5 gut zu erkennen. Damit wird Kraft, welche über den Gelenkabschnitt 30 eingeleitet wird, nun biegefrei in dem Grundkörper 20 aufgenommen. Die Weiterleitung im Bereich des Radträgerabschnitts 40 ist ebenfalls biegefrei ausgeführt, indem die Schwerpunktslinie S hier ebenfalls mittig entlang der Längsachse LA und damit entlang der Kraftwirkungslinie KL ausgerichtet ist.
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Um jedoch zusätzlich einen definierten Fehlerfall erzeugen zu können, ist im mittleren Verbindungsabschnitt 50 ein definierter Abstand und Höhenversatz nach oben zwischen der Schwerpunktslinie S und der Längsachse LA und damit der Kraftwirkungslinie KL gegeben. Die auf diese Weise eingestellte definierte Hebelwirkung führt zu einem definierten Biegemoment, sodass bei einem Schadensfall mit überhöhter mechanische Belastung ein plastisches Verformen auf den Verbindungsabschnitt 50 beschränkt wird.
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In den 1 und 5 ist insbesondere der Gelenkabschnitt 30 gut zu erkennen. Insbesondere in der 5 und dem dargestellten Querschnitt kann man erkennen, dass die mittige Anordnung der Schwerpunktslinie S hier durch die Kombination einer muldenartigen Vertiefung 34 und benachbarten Materialanhäufungen in Form von seitlichen Wandungen bzw. Erhöhungen 36 erzeugt worden ist. Dabei handelt es sich selbstverständlich nur um eine Möglichkeit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung für den Gelenkabschnitt 30.
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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.
