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Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Bei Kraftfahrzeugen ist normalerweise ein Radträger, an welchem das Fahrzeugrad gelagert ist, über einen oder mehrere Lenker mit dem Fahrzeugaufbau, typischerweise mit dem Chassis bzw. mit einem Hilfsrahmen, verbunden. Je nach Ausrichtung unterscheidet man Längslenker, Querlenker sowie Schräglenker. Der jeweilige Lenker verfügt über wenigstens ein aufbauseitiges Lager sowie wenigstens ein radseitiges Lager, wodurch er einerseits gegenüber dem Fahrzeugaufbau und andererseits gegenüber dem Radträger schwenkbar ist. Die Lenker ermöglichen eine Beweglichkeit des Radträgers sowie des Rades gegenüber dem Fahrzeugaufbau, wobei sie gleichzeitig eine Führung des Radträgers gewährleisten. Sie nehmen dabei überwiegend horizontale Kräfte auf, welche zwischen Radträger und Fahrzeugaufbau wirken. Demgegenüber werden (statische und dynamische) Kräfte in vertikaler Richtung durch wenigstens eine Feder sowie einen Stoßdämpfer aufgenommen, die einerseits mit dem Fahrzeugaufbau und andererseits entweder mit dem Radträger oder einem Lenker verbunden sind.
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Bei einem typischen Aufbau stützt sich der Fahrzeugaufbau über eine Schraubenfeder entweder an einem Lenker oder direkt am Radträger ab. Derartige Schraubenfedern sind in der Regel aus Stahl gefertigt, daneben kommen teilweise auch Faserverbundstoffe zum Einsatz. Eine derartige Schraubenfeder, die sich vom Fahrzeugaufbau gerade oder schräg abwärts erstreckt, nimmt relativ viel Bauraum ein. In dem insgesamt verfügbaren Bauraum müssen neben der Schraubenfeder noch weitere Komponenten untergebracht werden, bspw. der erwähnte Stoßdämpfer, eine Antriebswelle sowie ein Stabilisator und dessen Verbindungen zum Radträger. Dies führt mitunter zu Konflikten, deren Lösung oftmals darin besteht, hinsichtlich der Anordnung bzw. Ausgestaltung einzelner Komponenten Kompromisse zu schließen, die wiederum die Funktion der Komponente beeinträchtigen.
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Die
US 6 722 669 B1 offenbart ein einstellbares Aufhängungssystem mit einer Torsionsfeder, vier Scott-Russell-Verbindungen für jedes Rad und einem Schneckengetriebe zum Drehen der Torsionsfeder. Wenigstens eine der Scott-Russell-Verbindungen kann mittels der Torsionsfeder beeinflusst werden, um die Bodenfreiheit des Fahrzeugs einzustellen und dabei gleichzeitig einen konstanten Radsturz beizubehalten. Gemäß einer Ausführungsform wird ein dynamischer Parameter des Fahrzeugs detektiert und basierend hierauf wird die Torsionsfeder automatisch gedreht, um die Orientierung der Scott-Russell-Verbindungen zu verändern und somit die Bodenfreiheit anzupassen. Der dynamische Parameter kann die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Nickwinkel, der Rollwinkel oder die seitliche Beschleunigung des Fahrzeugs sein.
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Aus der
US 8 006 989 B2 ist eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einem über Lager an einem Fahrzeugaufbau befestigbaren und um eine Längsachse drehbaren Querlenker sowie mit einer als Drehstabfeder ausgeführten Aufbaufeder zur Aufnahme von Drehbewegungen des Querlenkers um die Längsachse. Die Aufbaufeder ist mit einem ersten Ende drehfest an dem Querlenker angeordnet. An einem zweiten Ende der Aufbaufeder ist ein elektromechanischer Aktor zur Drehwinkelverstellung der Aufbaufeder angeordnet. Die Radaufhängung weist außerdem ein Dämpfungselement auf.
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Die
US 4 635 958 A zeigt eine Radaufhängung für zwei auf gegenüberliegenden Seiten eines Fahrzeugs angeordnete Räder. Ein Paar von Drehstabfedern erstreckt sich in Fahrzeuglängsrichtung, ein Paar von Halterungen erstreckt sich nach innen von einem Paar von seitlichen Elementen des Fahrzeugs und ein Paar von Längslenkern ist an den Halterungen befestigt. Jeder Längslenker ist mit einem Ende der jeweiligen Drehstabfeder verbunden. Jede Halterung weist wenigstens zwei vertikale, zueinander beabstandete Wände auf. Eine obere Ausnehmung in jeder vertikalen Wand ist mit einer oberen Ausnehmung der anderen Wand ausgerichtet. Ein sich von der Halterung aufwärts erstreckender Vorsprung ist zwischen den Wänden angeordnet. Jeder Längslenker weist wenigstens zwei vertikale Platten und einen Zylinder auf. Die vertikalen Platten definieren einen Zwischenraum zwischen sich, welcher schmaler ist als der Abstand der vertikalen Wände, und der Zylinder durchdringt die beiden vertikalen Platten. Eine untere Ausnehmung ist zwischen den vertikalen Platten und dem Zylinder ausgebildet und beide Enden des Zylinders erstrecken sich ausgehend von den zwei vertikalen Platten nach außen. Die Enden des Zylinders sind drehbar in den oberen Ausnehmungen gelagert.
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Die
US 9 393 848 B2 offenbart ein Drehfedersystem für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs, mit einem das Drehfedersystem variabel vorspannenden, am Fahrzeugaufbau angeordneten Aktor, der über einen Drehstab und einen Abtriebshebel mit einer Vorspannkraft auf ein Radaufhängungselement der Radaufhängung wirkt. Der Drehstab ist zwischen dem Aktor und dem Abtriebshebel zweiteilig mit einem ersten Teilstab und einem damit gekoppelten zweiten Teilstab unter Zwischenschaltung eines Federelements ausgeführt.
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Die
US 3 831 966 A offenbart eine Aufhängung für zwei beiderseits eines Fahrzeugs angeordnete Räder, mit zwei Aufhängungseinrichtungen, deren jede mindestens einen Drehstab aufweist und je einem der beiden Räder zugehört. Jedes Rad ist mit einem Ende seiner Aufhängungseinrichtung verbunden. Ein elastisches Organ ist mit jedem hierzu entgegengesetzten Enden der Aufhängungseinrichtungen durch Spanneinrichtungen verbunden. Ein die beiden Stützelemente aufweisendes Bauteil besteht aus einem Arm, welcher sowohl das Befestigungsorgan als auch einen Vorsprung aufweist, der ein erstes der beiden Stützelemente bildet, mit denen sich dieses Bauteil auf einer ersten Seite des elastischen Organs abstützt, und aus einem Zugbolzen, der am Arm befestigt und mit einer Schulter versehen ist, die von der den Vorsprung aufweisenden Fläche des Armes Abstand hat. Der Zugbolzen ist gegenüber dieser Fläche angeordnet und bildet das zweite der beiden Stützelemente, mit denen sich das Bauteil auf einer zweiten Fläche des elastischen Organs abstützt, die der ersten Fläche des elastischen Organs abgewandt ist.
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Aus der
US 8 387 999 B2 ist eine Torsionsfeder-Aufhängungsvorrichtung für ein Fahrzeug bekannt, die eine vordere Torsionsfeder und eine hintere Torsionsfeder aufweist, die an vorderen sowie hinteren Aufhängungen des Fahrzeugs angeordnet sind. Die gegenüberliegenden Enden der vorderen und hinteren Torsionsfedern auf jeweils einer Seite des Fahrzeugs sind miteinander durch einen Verbindungsmechanismus verbunden und mit dem Fahrzeugrahmen durch eine Positionierungsvorrichtung verbunden. Der Verbindungsmechanismus ist zwischen der vorderen und hinteren Torsionsfeder montiert, so dass eine Verbindung zwischen der vorderen und hinteren Torsionsfeder hergestellt ist. Die Vorrichtung verbessert das Vibrationsverhalten des Fahrzeugs bei einer Fahrt auf unebenem Untergrund und verhindert, dass der Fahrzeugrahmen und der Fahrzeugkörper eine Torsionskraft erfahren. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Lebensdauer des Fahrzeugs aus.
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Die
US 7 494 143 B2 zeigt eine Aufhängungsbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, welche einen Tragrahmen aufweist, einen gegenüber dem Tragrahmen beweglichen Querlenker und eine Torsionsfeder, die mit dem Querlenker verbunden ist und einer Bewegung desselben entgegenwirkt. Ein Stellhebel ist mit der Torsionsfeder verbunden und dazu ausgebildet, deren Torsion einzustellen. Eine Nabe ist in einer Buchse innerhalb des Stellhebels angeordnet, um den Stellhebel mit der Torsionsfeder in einer Mehrzahl von primären Antriebspositionen zu verbinden, wobei erste Winkelstellungen durch eine hexagonale Verbindung definiert werden. Die Nabe ist mit dem Stellhebel durch ein Indexsystem verbunden, um eine Positionierung des Stellhebels in einer Mehrzahl von zwischengeordneten Antriebspositionen zu ermöglichen, die sich von den ersten Winkelstellungen unterscheiden.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Bereitstellung einer Federung eines Fahrzeugrades, die hinsichtlich des Bauraums optimiert und flexibel für unterschiedliche Konfigurationen anpassbar ist, noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich des Bauraums optimierte und für unterschiedliche Konfigurationen geeignete Federung eines Fahrzeugrades zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Radaufhängung 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 Radaufhängung zur Verfügung gestellt. Hierbei handelt es sich selbstverständlich um die Radaufhängung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Straßenfahrzeugs. Neben Kraftfahrzeugen wie Lkw und Pkw kann die Radaufhängung auch für Anhänger eingesetzt werden. Es kann sich um die Radaufhängung einer gelenkten oder ungelenkten Achse handeln, also einer Vorder- oder Hinterachse, wobei auch die Hinterachse gelenkt sein kann.
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Die Radaufhängung weist einen Lenker auf, der wenigstens ein radseitiges Lager zur schwenkbaren Verbindung mit einem Radträger aufweist und über wenigstens ein aufbauseitiges Lager um eine Schwenkachse schwenkbar mit einem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Der Lenker verbindet, beispielsweise zusammen mit weiteren Lenkern, den Radträger mit dem Fahrzeugaufbau. Dabei ist „Fahrzeugaufbau“ in diesem Zusammenhang ein Sammelbegriff für Karosserie, Chassis sowie ggf. einen Hilfsrahmen, also diejenigen Elemente, die normalerweise der gefederten Masse zuzuordnen sind. Der Lenker dient in bekannter Weise dazu, den Radträger zu führen und gleichzeitig eine Bewegung desselben gegenüber dem Fahrzeugaufbau zu ermöglichen. Hinsichtlich der Konstruktion des Lenkers bestehen in diesem Zusammenhang keinerlei Einschränkungen. Er kann bspw. als Blechformteil in Einschalenbauweise oder Zweischalenbauweise ausgebildet sein, als massives Teil aus Stahl oder Aluminium gegossen oder geschmiedet sein oder unter Umständen auch aus Verbundstoff wie faserverstärktem Kunststoff bestehen. Sowohl das wenigstens eine radseitige Lager als auch das wenigstens eine aufbauseitige Lager sind normalerweise als elastisches Lager (bspw. Gummi-Metall-Verbundlager) ausgebildet, insbesondere um die Übertragung von Vibrationen seitens des Radträgers zum Fahrzeugaufbau zu minimieren. Die schwenkbare Anbindung impliziert in diesem Zusammenhang wenigstens einen Freiheitsgrad, nämlich die Schwenkbarkeit, wobei das jeweilige Lager für sich genommen auch mehr als einen Freiheitsgrad ermöglichen kann. In diesem Fall wird in der Regel der zusätzliche Freiheitsgrad durch das Zusammenspiel mehrerer Lenker eliminiert.
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Weiterhin weist die Radaufhängung eine wenigstens indirekt mit dem Fahrzeugaufbau verbundene Torsionsfeder auf, die durch Schwenken des Lenkers um die Schwenkachse tordierbar ist. Die Torsionsfeder ist entweder direkt oder indirekt über wenigstens ein zwischengeordnetes Element mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Sie ist durch Schwenken des Lenkers tordierbar, d.h. sie ist derart an den Lenker gekoppelt, dass beim Schwenken desselben relativ zum Fahrzeugaufbau eine Torsion der Torsionsfeder erfolgt. Dementsprechend ergibt sich bei einer Auslenkung des Radträgers eine Torsion, die mit einer entsprechenden Rückstellkraft bzw. einem rückstellenden Drehmoment verbunden ist. Aufgrund der Wirkung der Torsionsfeder können der Radträger und das hiermit verbundene Fahrzeugrad entgegen einer Rückstellkraft gegenüber dem Fahrzeugaufbau einfedern und beim Entspannen der Torsionsfeder wieder ausfedern. Die rückstellende Wirkung der Torsionsfeder beruht auf einer Torsion, also Verwindung, derselben. Entsprechend muss die Torsionsfeder aus einem Material mit ausreichender Elastizität gefertigt sein, bspw. Federstahl oder faserverstärktem Kunststoff. Es kann sich um eine einfache Drehstabfeder handeln, die sich bspw. entlang einer Mittelachse erstreckt und entlang derselben einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist. Es werden allerdings auch andere, ggf. sogar mehrteilige Bauweisen denkbar. Insgesamt kann man sagen, dass die Torsionsfeder bezüglich des Kraftflusses zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem Lenker zwischengeordnet ist, wobei jeweils wenigstens ein weiteres Element zwischengeordnet sein kann.
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Erfindungsgemäß weist die Radaufhängung weiterhin ein Getriebe auf, mit einem drehfest mit dem Lenker verbundenen ersten Zahnungselement sowie einem hiermit zusammenwirkenden zweiten Zahnungselement, das wenigstens indirekt an die Torsionsfeder gekoppelt ist. Jedes der beiden Zahnungselemente weist eine Zahnung auf, die mit der Zahnung des jeweils anderen Zahnungselement zusammenwirkt, also mit dieser eingreift. Das jeweilige Zahnungselement kann bspw. als Zahnrad ausgebildet sein, als Zahnradsegment bzw. als Zahnrad, bei dem sich die Zahnung nur über ein Segment erstreckt, oder als Zahnstange, welche auch gekrümmt ausgebildet sein kann. Das erste Zahnungselement ist drehfest mit dem Lenker verbunden und somit zusammen mit dem Lenker um die o.g. Schwenkachse schwenkbar bzw. drehbar. Dabei ist die Drehfestigkeit derart zu verstehen, dass auch eine Torsionssteifigkeit bezüglich der Schwenkachse gegeben ist, d.h. es ist auch keine (bzw. allenfalls eine vernachlässigbare) elastische Verdrehung des ersten Zahnungselement gegenüber dem Lenker möglich. Das erste Zahnungselement kämmt mit dem zweiten Zahnungselement, wodurch letzteres ebenfalls bewegt wird, wobei es normalerweise um eine andere Drehachse bzw. Schwenkachse gedreht wird. Das zweite Zahnungselement ist wiederum wenigstens indirekt an die Torsionsfeder gekoppelt, und zwar derart, dass die Bewegung des zweiten Zahnungselements die Torsion der Torsionsfeder bewirkt. Durch die Kopplung über das erfindungsgemäße Getriebe kann eine äußerst kompakte Bauweise realisiert werden, wobei gleichzeitig die Position der Torsionsfeder flexibel in geeigneter, insbesondere platzsparender, Weise gewählt werden kann.
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Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass das zweite Zahnungselement über wenigstens ein weiteres kraftübertragendes Element an die Torsionsfeder gekoppelt ist. Insbesondere um eine einfache und platzsparende Bauweise zu unterstützen und die Anzahl der Bauteile gering zu halten, ist es allerdings bevorzugt, dass das zweite Zahnungselement drehfest mit einem ersten Abschnitt der Torsionsfeder verbunden ist. Da sich die Torsionsfeder im Betriebszustand bestimmungsgemäß beim Schwenken des Lenkers verwindet, ist das zweite Zahnungselement mit dem ersten Abschnitt der Torsionsfeder drehfest verbunden, während es gegenüber einem anderen Abschnitt um die Torsionsachse gedreht werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird die Drehung des Lenkers über das drehfest mit ihm verbundene erste Zahnungselement direkt auf das zweite Zahnungselement übertragen und von diesem wiederum direkt auf den ersten Abschnitt der Torsionsfeder. D.h. es wird die minimal mögliche Anzahl an Elementen verwendet, wodurch sich allgemein auch die Möglichkeit von Funktionsstörungen durch Verschleiß, Verschmutzung oder Fertigungsfehler verringert.
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Das erste Zahnungselement kann als separates Element vorgefertigt und anschließend drehfest mit dem Lenker verbunden werden. Dies kann sich bspw. anbieten, wenn der Lenker als Blechformteil ausgebildet ist oder geschmiedet wird. Bei anderen Ausführungsformen, bspw. wenn der Lenker gegossen oder aus faserverstärktem Kunststoff urgeformt wird, kann es bevorzugt sein, dass das erste Zahnungselement einstückig mit dem Lenker ausgebildet ist. Hierdurch entfallen bspw. etwaige Probleme mit einer Verbindungsstelle zwischen dem ersten Zahnungselement und dem Lenker. Eine einstückige Fertigung kann stabiler sein als eine mehrstückige Fertigung mit anschließender Verbindung. Außerdem lassen sich ggf. durch eine einstückige Fertigung die Produktionskosten reduzieren.
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Wie bereits oben angedeutet, lassen sich mit den Zahnungselementen unterschiedlichste Formen von Kraftübertragung realisieren, wobei die beiden Drehachsen der Zahnungselemente in einem beliebigen Winkel zueinander stehen können. Bspw. könnten sie nach Art von Kegelrädern ausgebildet sein oder eines der Zahnungselemente könnte eine Stirnverzahnung aufweisen, wobei die Drehachsen der beiden Zahnungselemente senkrecht zueinander stehen. Durch eine unterschiedliche Ausrichtung der Drehachsen ergibt sich auch die Möglichkeit, die Torsionsfeder in beliebiger Weise bezüglich der Schwenkachse des Lenkers auszurichten. Z.B. könnte die Schwenkachse des Lenkers in Fahrzeuglängsrichtung verlaufen, während die Torsionsachse in Fahrzeugquerrichtung oder sogar in Fahrzeughochrichtung verläuft. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen beiden Zahnungselemente miteinander zusammenwirkende, wenigstens abschnittsweise ausgebildete Umfangsverzahnungen auf und sind um parallele Drehachsen drehbar. Beispielsweise können die Zahnungselemente als miteinander kämmende Stirnräder ausgebildet sein. Da zumindest auf Seiten des Lenkers keine vollständige Umdrehung möglich ist, reicht es in der Regel, zumindest das erste Zahnungselement nur mit teilweise umlaufender Umfangsverzahnung auszubilden. Gleiches trifft normalerweise auch auf das zweite Zahnungselement zu.
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Insbesondere kann der Lenker als Querlenker ausgebildet sein. D.h. die o.g. Schwenkachse verläuft parallel zur Fahrzeuglängsachse (X-Achse) und der Querlenker schwenkt innerhalb der senkrecht verlaufenden Y-Z-Ebene. Sofern dies mit der oben genannten Ausführungsform kombiniert wird, verläuft die Drehachse des zweiten Zahnungselement ebenfalls parallel zur Fahrzeuglängsachse, was im Falle einer drehfesten Verbindung mit dem ersten Abschnitt der Torsionsfeder auch für die Torsionsachse zutrifft. Alternativ kann die Drehachse des zweiten Zahnungselements auch, wie oben erwähnt, im Winkel zur Drehachse des ersten Zahnungselements verlaufen, so dass unterschiedlichste Ausrichtungen der Torsionsachse denkbar sind. Normalerweise ist der Querlenker über ein vorderes Schwenklager und ein hinteres Schwenklager mit dem Fahrzeugaufbau verbunden, welche entlang der Fahrzeuglängsachse zueinander beabstandet sind. Hinsichtlich der Position des ersten Zahnungselement bestehen unterschiedliche Möglichkeiten. So kann dieses zwischen den Schwenklagern angeordnet sein, vor dem vorderen Schwenklager oder hinter dem hinteren Schwenklager. Unter Umständen kann eine Anordnung zwischen den Schwenklagern vorteilhaft sein, da hierdurch unter Umständen eine einseitige Belastung des Querlenkers verhindert werden kann, die zu einem Biegemoment um die Fahrzeugquerachse führen könnte.
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Bevorzugt ist ein zweiter Abschnitt der Torsionsfeder über ein Feder-Drehlager drehbar mit dem Fahrzeugaufbau verbunden und ein dritter Abschnitt der Torsionsfeder ist durch ein Arretierungselement am Fahrzeugaufbau wenigstens arretierbar. Die Nummerierung der Abschnitte impliziert dabei keinerlei Reihenfolge. Üblicherweise sind der zweite und der dritte Abschnitt endseitig angeordnet, also an einander gegenüberliegenden Enden der Torsionsfeder, während der o.g. erste Abschnitt mit dem zweiten Zahnungselement dazwischen angeordnet ist. Unter Umständen kann der erste Abschnitt identisch mit einem der anderen beiden Abschnitte sein bzw. unmittelbar an einen der anderen Abschnitte angrenzen, so dass keine klare Trennung gegeben ist. Der zweite und dritte Abschnitt sind jeweils derart gegenüber dem Fahrzeugaufbau gelagert, dass zumindest eine Verschiebung quer zur Torsionsachse ausgeschlossen ist. Der dritte Abschnitt ist dabei über das Arretierungselement wenigstens arretierbar, d.h. er ist entweder im Betriebszustand dauerhaft arretiert oder kann zumindest arretiert werden. Dabei wird über das Arretierungselement das Torsionsmoment auf den Fahrzeugaufbau übertragen und von diesem aufgenommen. Demgegenüber ist der zweite Abschnitt im Feder-Drehlager aufgenommen und somit im Wesentlichen frei gegenüber dem Fahrzeugaufbau drehbar. D.h. er kann sich im Zuge der Torsion gemeinsam mit dem o.g. ersten Abschnitt drehen, wenngleich die Drehwinkel der beiden Abschnitte im Allgemeinen voneinander abweichen, da sie unterschiedliche Abstände zum dritten Abschnitt aufweisen, der gegenüber dem Fahrzeugaufbau arretierbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform sind das Feder-Drehlager und das Arretierungselement an einem Längsträger ausgebildet, entlang dessen sich die Torsionsfeder erstreckt. Am Längsträger, der einen Teil des Chassis bildet, ist oftmals ausreichender Bauraum vorhanden, wobei das Feder-Drehlager, das Arretierungselement sowie die Torsionsfeder sich auch an sich platzsparend realisieren lassen. Das Feder-Drehlager und das Arretierungselement können dabei außenseitig am Längsträger angeordnet sein, bspw. oberhalb, unterhalb oder seitlich des Längsträgers. Eine besonders platzsparende Unterbringung ergibt sich dann, wenn die beiden genannten Elemente wenigstens teilweise innerhalb des Längsträgers angeordnet sind, bspw. im Inneren eines Hohlprofils, U-Profils oder Doppel-T-Profils des Längsträgers.
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Das Getriebe ermöglicht zum einen eine Kraftübertragung bzw. Übertragung eines Drehmoments vom Lenker zur Torsionsfeder, wobei wie oben geschildert auch im Winkel zueinanderstehende Drehachsen miteinander gekoppelt werden können. Weitere Vorteile ergeben sich, wenn durch das Getriebe eine Übersetzung zwischen dem Lenker und der Torsionsfeder gegeben ist. Dabei bezieht sich der Begriff „Übersetzung“ auch auf eine Untersetzung. Die entsprechende Übersetzung kann sich insbesondere auf den Lenker sowie den o.g. ersten Abschnitt der Torsionsfeder beziehen. So kann bei einem Schwenken des Lenkers um die Schwenkachse um einen ersten Drehwinkel eine Torsion der Torsionsfeder bzw. eine Verdrehung des ersten Abschnitts um einen zweiten Drehwinkel erfolgen, der entweder größer oder kleiner als der erste Drehwinkel sein kann. Bspw. könnten die Zahnungselemente als Stirnräder bzw. Stirnradsegmente mit unterschiedlichem Radius ausgebildet sein. Durch geeignete Wahl der Übersetzung bzw. Untersetzung lässt sich zur Realisierung eines bestimmten Federverhaltens wahlweise eine Torsionsfeder einsetzen, die leichter tordierbar ist oder eine, die schwerer tordierbar ist. Anders ausgedrückt, zur Realisierung ein und desselben Federverhaltens können unterschiedlich harte Federn eingesetzt werden. Genauso wäre es möglich, mit ein und derselben Feder durch geeignete Übersetzung oder Untersetzung verschiedene Federverhalten auf Seiten des Radträgers zu realisieren. Darüber hinaus wäre es möglich, eine progressive Federung dadurch zu realisieren, dass bspw. nicht-kreisförmige Stirnräder eingesetzt werden. Wenn z.B. zwei Ellipsenräder miteinander kombiniert werden, hängt die Übersetzung vom Drehwinkel ab, d.h. in einem bestimmten Winkelbereich (der einer bestimmten Auslenkung des Radträgers entspricht) kann eine andere Übersetzung gegeben sein als in einem anderen Winkelbereich, wodurch sich je nach Auslenkung eine unterschiedlicher Anstieg der Rückstellkraft seitens der Torsionsfeder erzeugen lässt.
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Alternativ lässt sich eine progressive Federung auch durch die Verwendung mehrerer Torsionsfedern erreichen, von denen einige nur ab einer bestimmten Auslenkung des Lenkers wirksam werden.
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Neben einer rein passiven Federung lässt sich auch eine aktive oder zumindest einstellbare Radaufhängung realisieren. Gemäß einer Ausführungsform ist der dritte Abschnitt durch einen Aktor gegenüber dem Fahrzeugaufbau drehbar. Der Aktor weist dabei das oben erwähnte Arretierungselement auf bzw. er bildet das Arretierungselement. Je nach Ansteuerung kann der Aktor den dritten Abschnitt in einer bestimmten Position halten, womit dieser am Fahrzeugaufbau arretiert ist, oder er kann den ersten Abschnitt drehen. Letzteres kann entweder gewissermaßen statisch geschehen, so dass z.B. bei stärkerer Beladung des Fahrzeugs die Ruhelage des Lenkers an die Belastung der Fahrzeugachse angepasst werden kann. D.h., der Fahrzeugaufbau könnte hierdurch gegenüber der Fahrfläche angehoben oder abgesenkt werden. Darüber hinaus wäre auch eine dynamische Drehung des dritten Abschnitts möglich, wodurch ein aktives Fahrwerk realisiert werden könnte, welches bspw. dynamisch auf Bodenunebenheiten reagieren kann, um den Fahrzeugaufbau möglichst ruhig zu halten.
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Querlenker sind oftmals derart ausgestaltet, dass sie ausgehend von dem radseitigen Lager entlang der Fahrzeugquerachse besonders steif ausgebildet sind, um eine optimale Aufnahme der seitens des Radträgers einwirkenden Querkräfte zu ermöglichen. Dies kann in einer Ausführungsform dadurch ausgenutzt werden, dass das erste Zahnungselement in diesem besonders versteiften Bereich oder zumindest in der Nähe desselben angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform weicht eine Position des ersten Zahnungselements entlang der Fahrzeuglängsachse um höchstens 30% einer Länge des Querlenkers von einer Position des wenigstens einen radseitigen Lagers ab. Wenn bspw. der Querlenker entlang der Lenkachse eine Länge von 20 cm aufweist, ist das erste Zahnungselement entlang der Längsachse um höchstens 6 cm gegenüber dem radseitigen Lager nach vorne oder nach hinten verlagert.
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Die 1 bis 4 zeigen jeweils nicht erfindungsgemäße Radaufhängungen jeweils in einer Draufsicht. Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von unterschiedlichen, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
- 5 eine Draufsicht einer ersten erfindungsgemäßen Radaufhängung;
- 6 eine Draufsicht einer zweiten erfindungsgemäßen Radaufhängung;
- 7 eine Draufsicht einer dritten erfindungsgemäßen Radaufhängung;
- 8 eine Draufsicht einer vierten erfindungsgemäßen Radaufhängung; sowie
- 9 eine Draufsicht einer fünften erfindungsgemäßen Radaufhängung.
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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 zeigt eine Draufsicht einer ersten nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Radaufhängung 1. Dabei ist ein Querlenker 4 mit einem Längsträger 3 eines Fahrzeugaufbaus 2 verbunden. Die Verbindung ist über ein vorderes Schwenklager 5 sowie einen hinteres Schwenklager 6 gegeben, die gemeinsam eine Schwenkachse S definieren. Die beiden Schwenklager 5, 6 können in bekannter Weise als Gummi-Metall-Verbundlager ausgebildet sein. Der Querlenker 4 weist außerdem ein äußeres Schwenklager 7 zur schwenkbaren Verbindung mit einem hier nicht dargestellten Radträger auf. Im Bereich des hinteren Schwenklagers 6 ist der Querlenker 4 drehfest mit einer Torsionsfeder 10 verbunden, die ihrerseits mit einem vorderen Endabschnitt 10.1 in einem Feder-Drehlager 8 am Längsträger 3 gelagert und mit einem hinteren Endabschnitt 10.2 über eine hier schematisch dargestelltes Arretierungselement 9 am Längsträger 3 arretiert ist. Somit ist der zweite Abschnitt 10.2 bezüglich einer Torsionsachse T, die mit der Längsachse der Torsionsfeder 10 identisch ist, drehfest mit dem Längsträger 3 verbunden, während der Rest der Torsionsfeder 10 gegenüber dem Längsträger 3 um die Torsionsachse T gedreht werden kann, was mit einer Verwindung der Torsionsfeder 10 einhergeht. Die Torsionsspannung innerhalb der Torsionsfeder 10 wirkt einer Auslenkung des Querlenkers 4 entgegen. Wenn der Querlenker 4 bei einem Einfedern des Radträgers weiter ausgelenkt wird, erhöht sich die Torsion und es entsteht ein rückstellendes Drehmoment auf den Radträger. In 1 sind das vordere Schwenklager 5, das hintere Schwenklager 6, das Feder-Drehlager 8 sowie das Arretierungselement 9 in Richtung der Y-Achse (Fahrzeugquerachse) seitlich des Längsträgers 3 angeordnet, während sich die Torsionsfeder 10 in Richtung der X-Achse (Fahrzeuglängsachse) erstreckt.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer ebenfalls nicht erfindungsgemäßen Radaufhängung 1, die sich von der in 1 dargestellten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass die Schwenklager 5, 6, die Torsionsfeder 10, das Feder-Drehlager 8 sowie das Arretierungselement 9 in den Längsträger 3 verlagert sind. Hierzu kann der Längsträger 3 bspw. Ausnehmungen 3.1 aufweisen, in denen die Schwenklager 5, 6 aufgenommen sind.
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3 und 4 zeigen eine dritte und vierte Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Radaufhängung 1, die der ersten Ausführungsform ähnelt, wobei allerdings der hintere Endabschnitt 10.2 der Torsionsfeder 10 nicht starr am Längsträger 3 befestigt ist, sondern über einen Aktor 15 mit dem Arretierungselement 9 verbunden ist. Der Aktor 15 ist dazu ausgelegt, den hinteren Endabschnitt 10.2 wahlweise arretiert zu halten oder um die Torsionsachse T zu drehen, wodurch die Ruhelage des Querlenkers 4 beeinflusst werden kann. Hierdurch ist es zum einen möglich, die Bodenfreiheit des Fahrzeugs anzupassen, indem - gewissermaßen statisch - die Position des hinteren Endabschnitt 10.2 angepasst wird. Zum anderen ist es aber auch möglich, den Aktor 15 in Abhängigkeit von Sensordaten dynamisch anzusteuern, so dass bspw. die Reaktion der Radaufhängung 1 auf Bodenunebenheiten dynamisch angepasst werden kann. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher sich der Aktor 15 seitlich parallel zum Längsträgers 3 erstreckt, während 4 eine Ausführungsform zeigt, bei der der Aktor 15 sich in Querrichtung vom Längsträger 3 ausgehend zum hinteren Endabschnitt 10.2 der Torsionsfeder 10 erstreckt.
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5 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radaufhängung 1. Diese weist ebenso wie die in 1 dargestellte Ausführungsform einen Längsträger 3 auf, mit welchem ein Querlenker 4 um eine Schwenkachse S schwenkbar verbunden ist. Eine Torsionsfeder 10 ist wiederum mit einem vorderen Endabschnitt 10.1 in einem Feder-Drehlager 8 am Längsträger 3 gelagert und mit einem hinteren Endabschnitt 10.2 über ein Arretierungselement 9 drehfest mit dem Längsträger 3 verbunden. Der Querlenker 4 weist ein drehfest mit ihm verbundenes erstes Zahnrad 12 auf, das koaxial zur Schwenkachse S angeordnet ist. An einem zwischen dem vorderen Endabschnitt 10.1 und dem hinteren Endabschnitt 10.2 angeordneten mittleren Abschnitt 10.3 der Torsionsfeder 10 ist ein zweites Zahnrad 13 angeordnet, das drehfest mit dem mittleren Abschnitt 10.3 verbunden ist und sich somit bei einer Torsion der Torsionsfeder 10 um die Torsionsabschnitt T drehen kann.
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Die beiden Zahnräder 12, 13 wirken als Teile eines Getriebes 11 miteinander zusammen, so dass bei einer Schwenkbewegung des Querlenkers 4 eine Torsion der Torsionsfeder 10 erfolgt. Wie in 5 erkennbar, weist das erste Zahnrad 12 einen kleineren Durchmesser auf als das zweite Zahnrad 13, so dass das Getriebe 11 eine Übersetzung (bzw. Untersetzung) zwischen dem Querlenker 4 und dem mittleren Abschnitt 10.3 bewirkt. Wenn der Querlenker 4 um einen gewissen Winkel geschwenkt wird, erfolgt hierdurch eine Drehung des mittleren Abschnitts 10.3 um einen kleineren Winkel. Somit kann zum Erreichen einer gewünschten effektiven Federkonstante, die auf den Querlenker 4 wirkt, eine Torsionsfeder 10 verwendet werden, die eine höhere Torsionssteifigkeit aufweist, als wenn die beiden Zahnräder 12, 13 den gleichen Durchmesser aufweisen würden. Umgekehrt wäre es genauso möglich, dass das erste Zahnrad 12 einen größeren Durchmesser aufweist als das zweite Zahnrad 13, wobei eine torsionsweichere Torsionsfeder 10 verwendet werden könnte. In 5 ist die Torsionsfeder 10 mit dem Feder-Drehlager 8, dem Arretierungselement 9 und dem zweiten Zahnrad 13 innerhalb des Längsträgers 3 angeordnet, was eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht. In der 5 ragt das zweite Zahnrad 13 beidseitig über den Längsträger 3 hinaus, was allerdings nur im Rahmen der schematischen Darstellung der Fall ist. Tatsächlich kann das zweite Zahnrad 13 als Zahnradsegment ausgebildet sein, welches nur zu der dem Querlenker 4 zugewandten Seite aus dem Längsträger 3 herausragt. Dies gilt insbesondere, weil der Schwenkwinkel des Querlenkers 4 im Betriebszustand normalerweise deutlich unter 45° beiderseits der Horizontalen liegt, weshalb aufgrund der Übersetzung auf Seiten des zweiten Zahnrades 13 nur ein vergleichsweise kleines Zahnradsegment benötigt wird.
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Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform ist das erste Zahnrad 12 in Fahrzeuglängsrichtung zwischen dem vorderen Schwenklager 5 und dem hinteren Schwenklager 6 angeordnet. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform, die sich hiervon darin unterscheidet, dass das erste Zahnrad 12 vor dem vorderen Schwenklager 5 angeordnet ist. Dabei weicht die Position des ersten Zahnrads 12 bezüglich der X-Achse (Fahrzeuglängsachse) nur wenig von einer Position des äußeren Schwenklager 7 ab, nämlich um etwa 30 % einer Länge des Querlenkers 4 entlang der Fahrzeuglängsachse. Sie liegt somit in einem Bereich, der bei Querlenkern 4 üblicherweise strukturell verstärkt ist.
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7 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radaufhängung 1, die weitgehend mit der in 5 dargestellten ersten Ausführungsform übereinstimmt. Allerdings ist in diesem Fall statt des ersten Zahnrades 12 ein Zahnradsegment 4.1 einstückig mit dem Querlenker 4 ausgebildet. Dies lässt sich bspw. bei einem gegossenen oder aus Faserverbundstoff urgeformten Querlenker 4 realisieren, um die Anzahl der Bauteile zu verringern und Produktionskosten zu sparen.
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8 zeigt eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radaufhängung 1, die weitgehend mit der in 6 dargestellten zweiten Ausführungsform übereinstimmt. Auch in diesem Fall ist das erste Zahnrad 12 durch einen einstückig mit dem Querlenker 4 ausgebildetes Zahnrad 4.1 ersetzt.
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9 zeigt eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radaufhängung 1, die vom Aufbau der ersten Ausführungsform in 5 ähnelt. Allerdings ist der zweite Abschnitt 10.2 der Torsionsfeder 10 nicht durch ein passives Arretierungselement 9 mit dem Längsträger 3 verbunden, sondern durch einen Aktor 15, der dazu ausgebildet ist, den zweiten Abschnitt 10.2 gegenüber dem Längsträger 3 zu drehen. Auch hierdurch kann entweder statisch die Ruhelage des Querlenkers 4 eingestellt werden oder es kann durch Zugriff auf Sensordaten eine dynamische Anpassung des Verhaltens der Radaufhängung 1 vorgenommen werden. Selbstverständlich ist auch hier möglich, den zweiten Abschnitt 10.2 mittels des Aktors 15 gegenüber dem Längsträger 3 zu arretieren, so dass der Aktor 15 auch als Arretierungselement fungiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radaufhängung
- 2
- Fahrzeugaufbau
- 3
- Längsträger
- 3.1
- Ausnehmung
- 4
- Querlenker
- 4.1
- Zahnradsegment
- 5
- vorderes Schwenklager
- 6
- hinteres Schwenklager
- 7
- Äußeres Schwenklager
- 8
- Feder-Drehlager
- 9
- Arretierungselement
- 10
- Torsionsfeder
- 10.1
- vorderer Endabschnitt
- 10.2
- hinterer Endabschnitt
- 10.3
- mittlerer Abschnitt
- 11
- Getriebe
- 12, 13
- Zahnrad
- 15
- Aktor
- S
- Schwenkachse
- T
- Torsionsachse
- X
- X-Achse
- Y
- Y-Achse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
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- US 6722669 B1 [0004]
- US 8006989 B2 [0005]
- US 4635958 A [0006]
- US 9393848 B2 [0007]
- US 3831966 A [0008]
- US 8387999 B2 [0009]
- US 7494143 B2 [0010]
