DE10204464A1

DE10204464A1 - Vorderradaufhängung für Motorräder

Info

Publication number: DE10204464A1
Application number: DE2002104464
Authority: DE
Inventors: Josef Seidl; Mike Hubertz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2003-08-14

Abstract

Vorderradaufhängung für ein Motorrad, mit einem Radträger, an dessen freiem Ende ein Vorderrad gelagert ist, wobei der Radträger um einene Radträgerlängsachse lenkbar ist und einem Lenker, der um eine Lenkerachse lenkbar ist, die schräg in Bezug auf die Radträgerlängsachse verläuft. Ferner ist eine Scherenlenkereinrichtung vorgesehen, die mindestens zwei über ein Scherenlager miteinander verbundene Scherenlenker aufweist, wobei ein erster Scherenlenker gelenkig mit dem Lenker und der zweite Scherenlenker gelenkig mit dem Radträger verbunden ist. Die Torsions- bzw. Kippsteifigkeit des Scherenlagers (14) bezüglich Achsen, die senkrecht zur Schwenkachse des Scherenlagers (14) sind, ist größer als die Torsionssteifigkeit zumindest eines der Scherenlenker (12, 13).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorderradaufhängung für ein Motorrad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer Vielzahl bekannter Motorräder ist die Vorderradgabel über ein Lenkkopflager mit dem Rahmen des Motorrads verbunden.

Eine andere Vorderradaufhängung ist aus der GB-2121364 A bekannt. Dort ist ein "Radträger" vorgesehen, der über ein "Viergelenk", d. h. über zwei Radträgerlenker schwenkbar mit dem Motorradrahmen verbunden ist. Im unteren Bereich des Radträgers ist das Vorderrad gelagert. Der Motorradlenker ist ebenfalls am Motorradrahmen gelagert. Charakteristisch für diese Vorderradaufhängung ist, dass der Lenker nicht unmittelbar mit dem Radträger verbunden ist und dass die Lenkerachse, d. h. die Lagerachse, um die der Lenker lenkbar ist, schräg in Bezug auf die Radträgerlängsachse verläuft. Das heißt, die Lenkerachse und die Radträgerlängsachse schneiden sich. Zur Übertragung von Lenkkräften vom Motorradlenker auf den Radträger bzw. auf das Vorderrad ist eine "Scherenlenkereinrichtung" vorgesehen. Die Scherenlenkereinrichtung ist durch zwei V-förmige Scherenlenker gebildet, deren "Spitzen" über ein "Scherengelenk" bzw. "Scherenlager" miteinander verbunden sind. An den freien Enden der V- förmigen Scherenlenker sind ebenfalls Lager vorgesehen. Der eine Scherenlenker ist über diese Lager mit dem Motorradlenker verbunden und der andere Scherenlenker ist mit dem Radträger verbunden.

Wie bereits erwähnt schneiden sich bei einer derartigen Vorderradaufhängung die Radträgerlängsachse und die Lenkerachse. Wenn ein herkömmliches Wälz- oder Gleitlager als Scherenlager verwendet wird, führt dies zu einer statischen Überbestimmung der Vorderradaufhängung. Beim Einschlagen des Lenkers entstehen somit Zwangskräfte. Eine statische Überbestimmung bzw. das Entstehen von Zwangskräften kann zwar vermieden werden, wenn als "Scherenlager" ein Kugelgelenk verwendet wird. Ein Kugelgelenk ist ein Gleitlager und Gleitlager weisen üblicherweise ein gewisses Spiel auf. Das Lagerspiel verringert wiederum die Dämpfung von Schwingungen in der Vorderradführung. Ferner wirkt es sich negativ auf die Lenkpräzision auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben erläuterte Vorderradaufhängung zu verbessern, insbesondere hinsichtlich ihrer fahrdynamischen Eigenschaften.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, die Scherenlenker der Scherenlenkereinrichtung torsionselastisch zu gestalten.

Die Scherenlenkereinrichtung weist zwei Scherenlenker auf. Die einen Enden der Scherenlenker sind über ein Scherenlager miteinander verbunden. Die anderen Enden der Scherenlenker sind über "Lenkerlager" mit dem Lenker bzw. über "Radträgerlager" mit dem Radträger verbunden.

Um das Spiel der Vorderradaufhängung zu minimieren, werden als Scherenlager, Lenkerlager und Radträgerlager vorzugsweise Gleit- oder Wälzlager verwendet, die, beispielsweise im Unterschied zu Kugelgelenken, nur einen Freiheitsgrad haben. Derartige Lager weisen nämlich eine hohe Kipp- bzw. Torsionssteifigkeit auf. Unter "hoher Kipp- bzw. Torsionssteifigkeit" ist zu verstehen, dass die Lager verwindungssteif bezüglich Torsionsmomenten um Achsen sind, die senkrecht zur Schwenk- bzw. Drehachse des Lagers stehen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird als Scherenlager ein doppelreihiges Schrägkugellager verwendet. Doppelreihige Schrägkugellager weisen eine besonders hohe Verwindungs- bzw. Torsionssteifigkeit auf.

Die Scherenlenker können die Form eines gleichschenkligen Dreiecks bzw. eines "V" haben. Die "Spitzen" der Scherenlenker sind über das Scherenlager gelenkig miteinander verbunden. Die freien Enden der "Arme" der Scherenlenker sind wiederum über Gleit- bzw. Wälzlager mit dem Lenker bzw. dem Radträger verbunden (vgl. GB-212 1364). Vorzugsweise sind die Arme der Scherenlenker, das heißt die Bereiche zwischen den Scherenlagern und den Wälzlagern im wesentlichen symmetrisch bezüglich einer Mittelebene, die senkrecht zur Lagerachse der Wälzlager ist und die durch das Scherenlager verläuft. Die Wälzlager, über welche die Scherenlenker mit dem Radträger bzw. dem Lenker verbunden sind, sind dabei koaxial angeordnet.

Die gesamte Lagerung der Scherenlenkereinrichtung, insbesondere das Scherenlager, ist sehr stabil in Bezug auf Kipp- bzw. Torsionskräfte. Zur Minimierung von Zwangskräften beim Einschlagen des Lenkers ist jedoch eine gewisse Torsionselastizität der Scherenlenkereinrichtung erforderlich. Gleichzeitig soll die Scherlenkereinrichtung relativ biegesteif sein, um ein "direktes Lenkverhalten" sicherzustellen. Dies kann beispielsweise folgendermaßen erreicht werden:

a) Gestaltung des Querschnitts eines oder beider Scherenlenker so, daß der Scherenlenker ein in Bezug auf sein Biegewiderstandsmoment kleines Torsionswiderstandsmoment hat; oder
b) Torsionsweichheit der Scherenlenker durch Wahl eines Werkstoffs, der einen geringen E-Modul hat; oder
c) Ausstatten der Scherenlenkereinrichtung mit mindestens einem torsionselastischen "Zwischenelement".

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbespielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Grundprinzip einer Vorderradaufhängung gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung;
Fig. 2a einen gemäß der Erfindung Scherenlenker in Seitenansicht;
Fig. 2b einen Querschnitt des Scherenlenkers der der Fig. 2a;
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Scherenlenkers mit torsionselastischem Zwischenelement; und
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Scherenlenkers mit torsionselastischem Zwischenelement.
Fig. 1 zeigt eine Vorderradaufhängung 1 eines Motorrads. Am unteren freien Ende eines Radträgers 2 ist ein Vorderrad 3 gelagert. Der Radträger 2 ist zusammen mit dem Vorderrad 3 um eine hier nur schematisch angedeutete Radträgerlängsachse 4 schwenkbar bzw. lenkbar. Der Radträger 2 ist über Radträgerlenker 5, 6 federnd schwenkbar an einem Rahmenelement 7 des Motorrads befestigt.
Im oberen Bereich des Rahmens 7 ist ein Lenklager 8 vorgesehen, in dem ein Lenkerrohr 9 eines Lenkers gelagert ist. Die Längsachse des Lenkerlagers 8, das heißt die "Lenkerachse" 10 verläuft schräg in Bezug auf die Radträgerlängsachse 4. Die Radträgerlängsachse 4 und die Lenkerachse 10 schneiden sich also.
Ferner ist eine Scherenlenkereinrichtung 11 vorgesehen, die durch einen ersten Scherenlenker 12 und einen zweiten Scherenlenker 13 gebildet ist. Die beiden Scherenlenker 12, 13 sind über ein Scherenlager 14 gelenkig miteinander verbunden. In einer "Draufsicht" (nicht dargestellt) auf die Scherenlenker 12, 13 wäre zu erkennen, dass sie "dreiecksförmig" bzw. V- förmig sind. An jeder der Dreiecksspitzen ist ein Lager vorgesehen. Der erste Scherenlenker 12 ist über ein erstes und ein zweites Schwenklager mit dem Lenker 9 verbunden, wobei in der in Fig. 1 dargestellten Seitenansicht nur eines dieser Schwenklager 15 erkennbar ist. Dementsprechend ist der Scherenlenker 13 über zwei Schwenklager mit dem Radträger 2 verbunden. Auch von diesen beiden Schwenklagern ist in der hier gezeigten Darstellung nur ein Schwenklager 16 zu erkennen.
Insoweit entspricht die gezeigte Vorderradaufhängung im wesentlichen der der GB 2 121 364.
Der Kern der Erfindung besteht nun in einem speziellen "konstruktiven Aufbau" der Scherenlenkereinrichtung 11. Wesentlich ist, dass die Lager 14-16 in Bezug auf die beiden Scherenlenker 12, 13 eine relativ hohe Kipp- bzw. Torsionssteifigkeit aufweisen. Das heißt, die zum Lenken erforderliche "Verwindbarkeit" bzw. Torsionselastizität der Scherenlenkereinrichtung 11 wird primär durch die Torsionselastizität der beiden Scherenlenker 12, 13 erreicht. Zudem weist die Scherenlenkereinrichtung 11 eine in Bezug auf ihre Torsionselastizität hohe Biegesteifigkeit auf. Das heißt, die Scherenlenker sind torsionsweich aber biegesteif. Aufgrund der hohen Biegesteifigkeit der Scherenlenkereinrichtung 11 ist ein hoher Lenkkomfort gewährleistet. Die Lenkung ist also sehr direkt.
Wie in den Fig. 2a, 2b dargestellt, kann eine hohe Torsionselastizität und eine hohe Biegesteifigkeit der Scherenlenkereinrichtung 11 durch eine entsprechende Querschnittsgestaltung der Scherenlenker 12, 13 erreicht werden. Fig. 2a zeigt einen der beiden Scherenlenker in Seitenansicht, zum Beispiel den Scherenlenker 12 (vgl. Fig. 1). Der Scherenlenker 12 weist insgesamt drei Lageraugen auf, wobei in der hier gezeigten Seitenansicht nur zwei Lageraugen 17, 18 erkennbar sind. Das eine Lagerauge 17 bildet einen Teil des Scherenlagers 14 und das andere Lagerauge bildet eines der beiden Schwenklager 15 (vgl. Fig. 1).
Der eigentliche Scherenlenker 12 ist durch zwei sich zwischen den beiden Lageraugen 17, 18 erstreckende Stege gebildet, nämlich einen Vertikalsteg 19 und einen Horizontalsteg 20. Ein derartiges Querschnittsprofil weist eine relativ hohe Biegesteifigkeit und eine relativ geringe Torsionssteifigkeit auf. Eine Scherenlenkereinrichtung, deren Scherenlenker einen derartigen Querschnitt aufweisen, ermöglicht eine sehr direkte Übertragung von Lenkkräften. Zudem werden durch die hohe Torsionselastizität beim Einschlagen des Lenkers Zwangskräfte verhindert.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Scherenlenkers 12. Der Scherenlenker 12 besteht im wesentlichen aus zwei Teilelementen, nämlich einem ersten Teilelement 21 und einem zweiten Teilelement 22. Das erste Teilelement 21 ist über das Scherenlager 14, das hier durch zwei Kugellager bzw. ein doppelreihiges Kugellager 23, 24 gebildet ist, schwenkbar mit dem hier nicht dargestellten zweiten Scherenlenker (vgl. Fig. 1) verbunden. Außenringe 25 der Kugellager 23, 24 sind hier fest mit dem ersten Teilelement 21 verbunden. Innenringe 26 der Kugellager sind über Distanzscheiben 27 und eine Schraubbolzenverbindung 28 mit einem zweiten Scherenlenker verbunden, von dem hier nur zwei Lagerelemente 29, 30 erkennbar sind.
Das erste Teilelement 21 weist einen hohlzylindrischen Schaftabschnitt 31 auf, der in eine zylindrische Ausnehmung 32 des zweiten Teilelements 22 eingeschoben ist, wobei die Ausnehmung 32 einen größeren Durchmesser aufweist als der Schaftabschnitt 31. Der Schaftabschnitt 31 ist über ein torsionselastisches Zwischenelement 33, das zum Beispiel ein elastisches Kunststoffelement sein kann, mit dem zweiten Teilelement 22, das heißt mit der Innenseite der Ausnehmung 32 verbunden. Die beiden Teilelemente 21, 22 sind also gegeneinander tordierbar. Die Torsionselastizität des Scherenlenkers 12 ist dabei primär durch das elastische Zwischenelement 33 konstruktiv vorgebbar.
Im Stirnbereich des zweiten Teilelements 22 ist eine Abdeckung 34 mit einem Bund 35 angeordnet, die ein Eindringen von Schmutz bzw. Wasser verhindert. Der "hintere" Bereich des Scherenlenkers ist hier durch einen rohrförmigen Abschnitt 36 gebildet, dessen beide Enden 37, 38 jeweils über ein Schwenklager 15 (vgl. Fig. 1) mit dem Motorradrahmen verbunden sind.
Vereinfacht ausgedrückt hat beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 der Scherenlenker 12 die Form "gleichschenkligen Dreiecks". Konkreter gesagt liegen das Scherenlager 14 und die an den beiden Enden 37, 38angeordneten Lager 15, die zur Verbindung des Scherenlenkers 12 mit Motorradrahmen vorgesehen sind, im Bereich der Spitzen des "gedachten" gleichschenkligen Dreieckes.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Scherenlenkers 12. Analog zum Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist ein Scherenlager 14 vorgesehen, über das der Scherenlenker 12 mit einem weiteren Scherenlenker (hier nicht dargestellt) schwenkbar verbunden ist. Das Scherenlager 14 ist mit einer Gewindebuchse 39 verbunden, in die ein Schraubbolzen 40 eingeschraubt ist, der mit einer Kontermutter 41 gekontert ist.
Ähnlich wie bei Fig. 3 ist in einem Teilelement 22 des Scherenlenkers 12 eine Ausnehmung 32 vorgesehen, in die der Schraubbolzen 40 hineinragt. Auf den Schaft des Schraubbolzens 40 ist ein hülsenartiges elastisches Zwischenelement aufgeschoben, das eine innere und eine äußere Stahlschicht 42 bzw. 43 und eine dazwischen angeordnete elastische Schicht 44 aufweist. Die innere Stahlschicht bzw. Stahlhülse ist zwischen einem Kopf 45 des Schraubbolzens 40 und einer weiteren Kontermutter 46 eingespannt. Die äußere Stahlschicht 43 ist fest mit der Innenseite der Ausnehmung 32 verbunden. Die Stahlschicht 43 des Zwischenelements 42-44 kann beispielsweise mit dem zweiten Teilelement 22, das heißt mit der Innenseite der Ausnehmung 32 verklebt sein.
Ferner ist ähnlich wie bei Fig. 3 eine Abdeckung 34 vorgesehen, die ein Eindringen von Schmutz bzw. Wasser verhindert. Die beiden Enden 37, 38 des rohrförmigen Abschnitts 36 sind über Lager (nicht dargestellt) mit dem Lenker 9 bzw. dem Radträger 2 verbunden.
Auch hier wird die für einen Lenkeinschlag erforderliche Torsionselastizität primär durch das torsionselastische Zwischenelement erreicht, das hier durch die aus den drei Schichten 42-44 bestehende Hülse gebildet ist.

Claims

1. Vorderradaufhängung für ein Motorrad, mit
einem Radträger, an dessen freiem Ende ein Vorderrad gelagert ist,
wobei der Radträger um eine Radträgerlängsachse lenkbar ist,
einem Lenker, der um eine Lenkerachse lenkbar ist, die schräg in Bezug auf die Radträgerlängsachse verläuft, und
einer Scherenlenkereinrichtung, die mindestens zwei über ein Scherenlager miteinander verbundene Scherenlenker aufweist, wobei ein erster Scherenlenker gelenkig mit dem Lenker und der zweite Scherenlenker gelenkig mit dem Radträger verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Torsions- bzw. Kippsteifigkeit des Scherenlagers (14) bezüglich Achsen, die senkrecht zur Schwenkachse des Scherenlagers (14) sind, größer ist als die Torsionssteifigkeit zumindest eines der Scherenlenker (12, 13).

2. Vorderradaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Scherenlager (14) ein doppelreihiges Wälzlager ist.

3. Vorderradaufhgängung einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Scherenlager (14) ein doppelreihiges Schrägkugellager ist.

4. Vorderradaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Scherenlenker (12) über zwei koaxial angeordnete und voneinander beabstandete Wälzlager mit dem Lenker (9) verbunden ist.

5. Vorderradaufhängung nach einem der Anprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Scherenlenker (13) über zwei koaxial angeordnete und voneinander beabstandete Wälzlager mit dem Radträger (2) verbunden ist.

6. Vorderradaufhängung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem der beiden Scherenlenker (12, 13) die Wälzlager (15, 16) und das Scherenlager (14) so zueinander angeordnet sind, dass sie im Bereich der Spitzen eines gedachten gleichschenkligen Dreiecks liegen.

7. Vorderradaufhängung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Scherenlenker (12, 13) im Bereich zwischen den Wälzlagern (15, 16) und dem Scherenlager (14) im wesentlichen symmetrisch bezüglich einer Ebene ist, die senkrecht zur Lagerachse (36) der Wälzlager (15, 16) ist und die durch das Scherenlager (14) verläuft.

8. Vorderradaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherenlenker (12, 13) jeweils einen Querschnitt aufweisen, dessen Biegesteifigkeit groß in Bezug auf seine Torsionssteifigkeit ist.

9. Vorderradaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Scherenlenker (12, 13) jeweils ein erstes mit dem Scherenlager (14) verbundenes Element (21, 39) und ein zweites mit dem Lenker (9) bzw. dem Radträger (2) verbundenes Element (22, 36) aufweisen und dass die beiden Elemente (21, 39; 22, 36) über ein torsionselastisches Zwischenelement (33; 42-44) miteinander verbunden sind.

10. Vorderradaufhängung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Elemente (21, 39; 22, 36) einen Rohrabschnitt (32) aufweist, in den das andere Element (21, 40) eingeschoben ist und dass das Zwischenelement (33; 42-44) dazwischen angeordnet ist.

11. Vorderradaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Radträger über zwei Radträgerlenker (5, 6) mit einem Motorradrahmen (7) verbunden ist.