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Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung eines
Kraftfahrzeuges mit einem radführenden,
an mindestens zwei Stellen am Fahrzeugaufbau gelagerten Schräg-, Längs- oder
Verbundlenker und einem mit diesem gelenkig verbundenen Radträger, der über eine
Radnabe mindestens ein Rad wälzgelagert
trägt,
wobei der Schräg-,
Längs-
oder Verbundlenker und der Radträger
in Fahrtrichtung vor der Radachse über mindestens ein annähernd in
der horizontalen Radmittenebene liegendes, annähernd in Fahrtrichtung ausgerichtetes
Schubgelenk verbunden sind, wobei das Schubgelenk axial und radial elastisch
rückstellende
Elemente aufweist, und in Fahrtrichtung hinter der Radachse der
Schräg-, Längs- oder
Verbundlenker und der Radträger
mittels mindestens eines Pendellenkers verbunden sind, wobei der
Pendellenker mit dem Radträger
eine lenkerferne Schwenkachse und mit dem Schräg-, Längs- oder Verbundlenker eine
lenkernahe Schwenkachse bildet, auf denen jeweils mindestens zwei
Gelenke mit mindestens einem Rotationsfreiheitsgrad angeordnet sind.
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Bei Brems- und Beschleunigungsvorgängen eines
Kraftfahrzeuges wirken Bremskräfte
primär
als Längskräfte auf
die einzelnen Räder.
Beim Fahren auf einer beispielsweise unebenen Fahrbahn treten Stöße auf die
Räder auf.
Die Brems- und Stoßkräfte werden
im allgemeinen in Elastomerelementen aufgenommen, die meist an der
fahrzeugaufbauseitigen Befestigung der Radaufhängung angeordnet sind. Die
Dämpfung
dieser Elastomerelemente bestimmt den Längsfederkomfort des Fahrzeuges.
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Aus der
DE 198 32 384 C1 ist eine
Einzelradaufhängung
mit einem Radträger
bekannt, der über ein
Schubgelenk und einen Pendellenker vom fahrzeugaufbauseitigen Schräg-, Längs- oder
Verbundlenker getriebetechnisch abgekoppelt ist. Bei positiven oder
negativen Beschleunigungsvorgängen
sowie bei Stößen pendelt
der Pendellenker um seine lenkernahe Achse. Dies bewirkt eine Änderung
der Vorspur.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
daher die Problemstellung zugrunde, eine Radaufhängung zu entwickeln, die bei
hoher Steifigkeit bei negativen Beschleunigungsvorgängen keine Änderung
der Vorspur bewirkt und beim Auftreten von Stoßkräften einen hohen Längsfederkomfort
aufweist.
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Diese Problemstellung wird mit den
Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu kreuzen oder schneiden
die lenkerferne und die lenkernahe Schwenkachse sich in Fahrtrichtung
hinter der vertikalen Radmittenquerebene auf oder in der Nähe der Schnittgeraden
der vertikalen Radmittenlängsebene mit
der Ebene der Fahrbahn.
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Der Radträger ist am Schräg-, Längs oder Verbundlenker
nicht starr angeordnet, sondern zum einen mittels mindestens eines
Pendellenkers gelagert und zum anderen in einem Schubgelenk mit
einer elastisch rückstellenden
Zwischenlage. Der getriebetechnisch vom Schräg-, Längs- oder Verbundlenker entkoppelte
Radträger
bildet zusammen mit dem Pendellenker eine Art Schubkurbel, bei der
der Pendellenker die Kurbel ist, während der Radträger das
Schubglied ist.
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Ein einzelner Pendellenker kann hierbei
zum Beispiel mindestens ein radträgerseitiges und mindestens
ein lenkerseitiges Gelenk umfassen. Es ist aber auch möglich, diesen
Lenker durch zum Beispiel zwei Pendellenker zu ersetzen, von denen
jeder ein radträgerseitiges
und ein lenkerseitiges Gelenk aufweist.
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Bei einer Ansicht in Fahrtrichtung
bildet die lenkernahe Schwenkachse die Mittellinie und die lenkerferne
Schwenkachse eine Mantellinie eines Kegels. Die Spitze dieses Kegels
liegt auf oder in der Nähe
der Schnittgeraden der vertikalen Radmittenlängsebene und der Fahrbahnebene.
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Die beiden Schwenkachsen können jedoch auch
windschief zueinander angeordnet sein, so dass ihre Durchstoßpunkte
durch die Fahrbahnebene in Fahrtrichtung hintereinander liegen.
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Von außen wirkende Stoßkräfte und
Längskräfte, z.B.
durch ein Beschleunigen des Fahrzeuges, verursachen eine Relativbewegung
der Radaufhängung
zum Schräg-,
Längs-
oder Verbundlenker. Hierbei bewegen sich diese Teile aus einer Vorzugsstellung
heraus und werden bei Abnahme der Beschleunigung durch rückstellende
Elemente, z.B. Feder-Dämpfer-Elemente,
und/oder die Gewichtskraft des Fahrzeugaufbaus wieder in eine Vorzugsstellung zueinander
zurückgestellt.
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Längskräfte durch
positive Beschleunigungen, wie Gasgeben, wirken in der Radaufstandsfläche in der
vertikalen Radmittenlängsebene
auf das Rad. Diese Kräfte
haben weder zur lenkerfernen noch zur lenkernahen Schwenkachse einen
Hebelarm, da beide Schwenkachsen in oder in der Nähe der vertikalen
Radmittenlängsebene
die Fahrbahnebene durchstoßen.
Es entsteht kein Moment auf das Rad, das eine Änderung der Vorspur bewirken
würde.
Der Radträger
wird im Schubgelenk relativ zum Lenker in radialer Richtung ausgelenkt.
Diese Auslenkung ist durch die Wirkung der radial rückstellenden
Elemente des Schubgelenks gering. Die Radaufhängung ist gegenüber der
Wirkung von Längskräften durch
Beschleunigungen steif.
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Stoßkräfte, die beispielsweise beim Überfahren
eines tiefen Schlagloches auf das Rad wirken, wirken als Impuls
auf das Rad. Sie greifen zumindest annähernd parallel zur Fahrbahn
an der vertikalen Radmittenquerebene an. Hierbei wird das Schubgelenk
axial verschoben und das Kurbelglied ausgelenkt. In axialer Richtung
lässt das
Schubgelenk einen großen
Weg zu. Die Bewegung wird durch das in axiale Richtung rückstellende
Element gedämpft.
Da die Gegenkräfte
wegabhängig
ansteigen, ergibt sich hierbei eine hohe Nachgiebigkeit der Radaufhängung. So
ist die Radaufhängung
in Fahrtrichtung weich, was ein hoher Längsfederkomfort bewirkt.
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Hiermit wird der Längsnachgiebigkeit
bei Stoßkräften und
damit der Längsfederkomfort
bzw. der Fahrkomfort erhöht.
Zwischen der Radaufhängung
und dem Fahrzeugaufbau sind zur Aufnahme dieser Kräfte keine
Elastomerelemente erforderlich.
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Diese Radaufhängung kann sowohl bei nicht angetriebenen
als auch bei angetriebenen Rädern sowie
mit verschiedenen Achsbauweisen, wie z.B. einer Verbundlenkerachse,
einer Schräglenkerachse,
etc., eingesetzt werden.
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Diese Radaufhängung erfordert keine speziellen
geometrischen Verhältnisse
der Lenker, der Höhe
der Lenker über
der Fahrbahn, etc. zueinander.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform.
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1:
Teilschnitt einer Einzelradaufhängung in
Fahrtrichtung;
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2:
Draufsicht auf die Einzelradaufhängung
nach 1.
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Die 1 und 2 zeigen eine Einzelradaufhängung in
Schräglenkerbauweise
einer z.B. nicht angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeuges. Hierbei zeigt
die 1 einen Teilschnitt
durch die Radaufhängung,
in Fahrtrichtung gesehen. Die 2 stellt eine
Draufsicht dieser Radaufhängung
dar.
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Am Fahrzeugaufbau (1) ist
ein Schräglenker (30)
gelenkig gelagert. An diesem ist mittels zweier Pendellenker (40, 50)
und einem Schubgelenk (84) ein Radträger (70) angebunden.
An letzterem ist ein Achszapfen (15) angeordnet, der über eine
wälzgelagerte
Radnabe (16) ein Rad (11), das eine Felge (13) mit
einem Reifen (12) umfasst, sowie eine Bremsscheibe (18)
trägt.
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Die Lagerung des Schräglenkers
(30) am Fahrzeugaufbau (1) erfolgt in zwei Schwenkgelenken (32),
die eine gemeinsame Schwenkachse haben. Sie sind beispielsweise
vor der vertikalen Radmittenquerebene (24) am Fahrzeugaufbau
(1) angeordnet.
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Das Schubgelenk (84) ist
ebenfalls im Bereich vor der vertikalen Radmittenquerebene (24)
am Schräglenker
(30) angeordnet. Es liegt zumindest annähernd parallel zur Fahrbahn
(3) etwa auf der Höhe
der horizontalen Radmittenebene (27). Seine Schubachse
schließt
mit der Fahrtrichtung (5) zur Fahrzeugaußenseite
hin z.B. einen Winkel von etwa 5° ein.
Das Schubgelenk (84) wird gebildet durch eine Schubhülse (34)
am Schräglenker
(30), die einen Schubzapfen (74) am Radträger (70)
umgreift. Zwischen diesen beiden Teilen ist ein Elastomerelement
(86) angeordnet. Letzteres hat in radialer Richtung eine
hohe Steifigkeit und erlaubt in axialer Richtung eine große Relativbewegung
des Schubzapfens (74) zur Schub hülse (34). Das Elastomerelement (86)
kann auch aus mehreren Elementen aufgebaut sein. Der axiale Weg
des Schubgelenks (84) wird z.B. begrenzt durch Anschläge (76)
am Radträger(70).
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Die Pendellenker (40, 50)
sind am Schräglenker
(30) mittels eines Schwenkgelenks (62) angebunden.
Am Schräglenker
(30) wird das Schwenkgelenk (62) gebildet durch
Lagerbüchsen
(37, 38), die z.B. jeweils ein freies Ende eines
pendellenkerseitigen Schwenkzapfens (47) oben und unten
z.B. gabelartig umgreifen. Hierbei liegt die Lagerbüchse (37) versetzt
oberhalb des Lagerbüchse
(38).
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Die Lagerbüchsen (37, 38)
sitzen in einem vertikal ausgerichteten Versteifungsblech (33),
das den in Fahrtrichtung (5) hinten liegenden Abschluss des
Schräglenkers
(30) bildet. Die Lagerbüchsen (37, 38)
sind Teil des Schwenkgelenks (62).
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Beide Lagerbüchsen (37, 38)
sind beispielsweise zueinander fluchtend angeordnet, wobei die obere
Lagerbüchse
(37) weiter in Richtung Fahrzeugmitte versetzt ist als
die untere Lagerbüchse (38)
.
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Die Mitten der oberen (37)
und der unteren Lagerbüchse
(38) geben eine Schwenkachse (65) vor, auf der
Schwenkzapfen (47) real schwenkt. Die Schwenkachse (65)
schneidet beispielsweise die vertikale Radmittenlängsebene
(25) auf Höhe
der Fahrbahn (3) in der Regel hinter der Radaufstandsfläche. Sie
wird im folgenden als lenkernahe Schwenkachse (65) bezeichnet.
Die Schwenkachse (65) steht in einem Winkel von beispielsweise
15° zur vertikalen
Radmittenlängsebene
(25) in Richtung der Fahrzeugmitte.
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Die Pendellenker (40, 50)
sind zwei zueinander zumindest annähernd parallele, z.B. übereinander
angeordnete Stäbe.
Hierbei ist der obere Pendellenker (40) ggf. etwa doppelt
so lang wie der untere Pendellenker (50). Beide Pendellenker
(40, 50) sind z.B. normal zur Schwenkachse (65)
und zumindest annähernd
quer zur Fahrtrichtung (5) so angeordnet, dass ihr lenkerfernes
Ende – in
Fahrtrichtung (5) gesehen – weiter vorne liegt als ihr
lenkernahes Ende, das durch den Schwenkzapfen (47) gebildet
wird, vgl. 2. Der Winkel
zur vertikalen Fahrzeugmittenquerebene (24) beträgt beispielsweise
bis zu 15°.
Beide Pendellenker (40, 50) sind über den
Schwenkzapfen (47) starr miteinander verbunden.
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Am lenkerfernen Ende bildet der obere
Pendellenker (40) mit dem Radträger (70) ein oberes
(82) und der untere Pendellenker (50) mit dem
Radträger (70)
ein unteres Kugelgelenk (83). Die beiden Kugelgelenke (82, 83)
liegen auf einer lenkerfernen Schwenkachse (85). Die lenkerferne
Schwenkachse (85) schneidet die vertikale Radmittenlängsebene (25)
beispielsweise in der Ebene der Fahrbahn (3) hinter der
Radaufstandsfläche.
Die lenkerferne Schwenkachse (85) schließt mit der
vertikalen Radmittenlängsebene
(25) z.B. einen Winkel von etwa 2° ein, wobei das obere Kugelgelenk
(82) gegenüber dem
unteren Kugelgelenk (83) zur Fahrzeugmitte hin versetzt
ist.
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Die Durchstoßpunkte der beiden Schwenkachsen
(65, 85) durch die Fahrbahn (3) liegen
beispielsweise in Fahrtrichtung (5) hintereinander auf der
vertikalen Radmittenlängsebene
(25). Hierbei liegt die lenkerferne Schwenkachse (85)
beispielsweise vor der lenkernahe Schwenkachse (65).
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Der im Schubgelenk (84)
und in den Kugelgelenken (82, 83) gelagerte Radträger (70)
wird über eine
Schraubenfeder (90) am Fahrzeugaufbau (1) abgestützt.
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Der Pendellenker kann als Vierpunktlenker bezeichnet
werden, dessen Gelenkpunkte die Gelenke (82, 83)
und die Lagerbüchsen
(37, 38) darstellen. Zwischen dem Radträger (70)
und dem Schräglenker (30)
können
auf den Schwenkachsen (65, 85) auch zusätzliche
Gelenke angeordnet sein.
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Die Gelenke (37, 38, 82, 83)
haben mindestens einen Rotationsfreiheitsgrad bzw. sind mindestens
einwertige Schwenkgelenke. Zumindest einzelne Gelenke können aber
auch dreiwertig sein, z.B. sind sie dann als Kugelgelenke ausgeführt.
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In diesen Gelenken (37, 38, 82, 83)
können auch
Elastomerelemente eingesetzt sein, um die Bewegungen der Teile der
Radaufhängung
zu dämpfen. Diese
sind dann in der Regel einvulkanisiert.
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Je nach Ausbildung der Felge (13)
kann die lenkerferne Schwenkachse (85) auch vertikal in
der vertikalen Radmittenlängsebene
(25) angeordnet sein.
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Bei Bremsvorgängen des Kraftfahrzeuges wirkt
die Bremskraft entgegen der Fahrtrichtung (5) in der Radaufstandsfläche auf
das einzelne Rad (11). Das Rad (11) wird entgegen
der Fahrtrichtung (5) relativ zum Schräglenker (30) verzögert. Da
die Schwenkachsen (65) und (85) der Pendellenker
(40, 50) sich in oder in der Nähe der vertikalen Radmittenlängsebene
(25) hinter der Radaufstandsfläche kreuzen, erzeugt die Bremskraft
kein Moment um die lenkernahe Schwenkachse (65). Die Pendellenker
bleiben relativ zum Schräglenker
(30) und zum Radträger
(70) in Ruhe.
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Das Verzögern des Rades (11)
bewirkt wegen des exzentrischen Kraftangriffs der Bremskraft relativ
zur Radmitte jedoch ein geringes Verdrehen des Radträgers (70)
in Rotationsrichtung des Rades (11) in bezug auf den Schräglenker
(30). Hierbei wird der Schubzapfen (74) nach unten
radial zur Schubhülse
(34) belastet. Das in radialer Richtung steife Elastomerelement
(86) des Schubgelenks (84) dämpft und begrenzt eine damit
verbundene minimale Bewegung und stellt nach Abnahme der Bremskraft
den Radträger
(70) wieder in seine Ausgangslage zurück. Ein derartiger Bremsvorgang
bewirkt keine Änderung
der Vorspur des Fahrzeuges.
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Auch bei der Einwirkung positiver
Beschleunigungen bleibt der Radträger (70) relativ zum Schräglenker
(30) zumindest annähernd
in Ruhe.
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Beim Auftreten einer Stoßkraft greift
der Impuls entgegen der Fahrtrichtung (5) z.B. in der Radmitte
an. Hierbei wird der Schubzapfen (74) in der Schubhülse (34)
entgegen der Fahrtrichtung (5) bewegt. Gleichzeitig werden
beide Pendellenker (40, 50) um die Schwenkachse
(65) gegen den Uhrzeigersinn entgegen der Fahrtrichtung
(5) geschwenkt. Hierbei ändert sich der Abstand quer
zur Fahrtrichtung (5) zwischen den Kugelgelenken (82, 83)
und den Schwenkgelenken (62, 63) nur geringfügig. Durch
das in axialer Richtung weiche Elastomerelement (86) des
Schubgelenks (84) ist die Relativbewegung groß. Somit
hat das Fahrzeug beim Auftreten von Stößen einen hohen Längsfederkomfort.
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Nach Beendigung des Stoßes wird
der Radträger
(70) über
das Elastomerelement (86) und die Einwirkung der Fahrzeugmasse
auf den geneigten Schwenkzapfen (47) wieder in seine Ausgangslage zurückgestellt.
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Statt des Elastomerelementes (86)
im Schubgelenk (84) und/oder in den anderen Gelenken (62, 63, 82, 83)
können
auch andere Feder-Dämpferelemente
eingesetzt werden. Ggf. ist die Kenn linie dieser Elemente in Abhängigkeit
der Fahrbedingungen manuell oder automatisch einstellbar.
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Statt eines einzelnen Schubgelenks
(84) können
auch mehrere zueinander parallele Schubgelenke (84) eingesetzt
werden. Diese können
dann z.B. in einer vertikalen Ebene übereinander angeordnet sein.
Hiermit kann z.B. die radiale und axiale Steifigkeit gezielt eingestellt
werden.
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- 1
- Fahrzeugaufbau
- 3
- Fahrbahn
- 5
- Fahrtrichtung
- 11
- Rad
- 12
- Reifen
- 13
- Felge
- 15
- Achszapfen
- 16
- Radnabe
- 17
- Radlagerung,
Wälzlagerung
- 18
- Bremsscheibe
- 22
- Radachse
- 24
- Radmittenquerebene,
vertikal
- 25
- Radmittenlängsebene,
vertikal
- 27
- Radmittenebene,
horizontal
- 30
- Schräglenker
- 32
- Gelenke,
fahrzeugaufbauseitig
- 33
- Versteifungsblech
- 34
- Schubhülse
- 37
- Lagerbüchse, oben;
Anlenkstelle
- 38
- Lagerbüchse, unten;
Anlenkstelle
- 40
- Pendellenker,
oben
- 47
- Schwenkzapfen
- 50
- Pendellenker,
unten
- 62
- Schwenkgelenk
- 65
- lenkernahe
Schwenkachse, schräglenkerseitige
-
- Schwenkachse
- 70
- Radträger
- 74
- Schubzapfen
- 76
- Anschläge
- 82
- Kugelgelenk,
oben; Anlenkstelle
- 83
- Kugelgelenk,
unten; Anlenkstelle
- 84
- Schubgelenk
- 85
- lenkerferne
Schwenkachse, radträgerseitige
-
- Schwenkachse
- 86
- Elastomerelement,
elastisch rückstellendes Element
- 90
- Schraubenfeder