DE10338625A1 - Einzelradaufhängung mit einem gekrümmten Lenkerarm - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einzelradaufhängung für eine Fahrzeugachse mit radführenden Quer- oder Schräglenkern, die die Räder an Radträgern gelenkig lagern und von denen mindestens ein Lenker pro Rad zwischen zwei am Fahrzeugaufbau - in Fahrtrichtung zumindest annähernd hintereinander - gelegenen Gelenkstellen gekrümmt bzw. gebogen ausgeführt ist. Dazu weist der Lenker auf mindestens zwei Dritteln eines zwischen zwei Gelenkstellen gelegenen Abstands einen gebogenen Abschnitt auf. Die Mittellinie des gebogenen Abschnitts hat von einer gedachten Verbindungslinie zwischen zwei Endpunkten des gebogenen Abschnitts einen maximalen Abstand, der mindestens 20% der Länge der Verbindungslinie beträgt. DOLLAR A Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Einzelradaufhängung entwickelt, deren radtragende und radführende Bauteile so am Fahrzeugaufbau befestigt sind, dass sie im Fall eines Unfalls ohne Blockbildung den Crashprozess Stoßenergie verzehrend unterstützen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einzelradaufhängung für eine Fahrzeugachse mit radführenden Quer- oder Schräglenkern, die die Räder an Radträgern gelenkig lagern und von denen mindestens ein Lenker pro Rad zwischen zwei am Fahrzeugaufbau – in Fahrtrichtung zumindest annähernd hintereinander – gelegenen Gelenkstellen gekrümmt bzw. gebogen ausgeführt ist.
• Bei den unfallmechanischen Vorgängen im Bereich der Frontalzusammenstöße bedeutet die Blockbildung des Fahrwerks ein besonderes Verletzungsrisiko für die vorn sitzenden Fahrzeuginsassen. Das Knautschen des Vorderwagens wird im Bereich der Fahrwerksanbindung oft behindert. Die relativ steifen Fahrwerksteile bilden zusammen mit den Lenkeranbindungen einen Block, der sich nur wenig deformieren läßt und oft als Ganzes auf die Stirnwand der Fahrgastzelle drückt. In der Folge wird zum einem zu wenig Stoßenergie abgebaut und zum anderen verkleinert das gegen die Stirnwand drückende Fahrwerk den Fußraum, wodurch sich dort ein erhöhtes Verletzungsrisiko ergibt.
• Hierzu ist aus der DE 44 13 636 A1 eine Lenkerstrebe einer Radaufhängung bekannt. Diese Lenkerstrebe ist als Knickstrebe so konstruiert, dass sie während des Einknickens unter Überlast ihren Querschnitt in der einknickenden Zone verändert. Die Veränderung bewirkt eine Absenkung des Widerstandsmoments, so dass sich das Einknicken beschleunigt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Einzelradaufhängung zu entwickeln, deren radtragende und radführende Bauteile so am Fahrzeugaufbau befestigt sind, dass sie im Fall eines Unfalls ohne Blockbildung den Crashprozess Stoßenergie verzehrend unterstützen. Auch soll die Einzelradaufhängung kostengünstig zu fertigen und einfach zu montieren sein.
• Das Problem wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dazu weist der Lenker auf mindestens zwei Dritteln eines zwischen zwei Gelenkstellen gelegenen Abstands einen gebogenen Abschnitt auf. Die Mittellinie des gebogenen Abschnitts hat von einer gedachten Verbindungslinie zwischen zwei Endpunkten des gebogenen Abschnitts einen maximalen Abstand, der mindestens 20% der Länge der Verbindungslinie beträgt.
• Der gebogene Abschnitt des Lenkers ist bezüglich seiner Krümmung, seines Werkstoffs und seines Querschnitts so dimensioniert, dass der Lenker unfallbedingt im Bereich des gekrümmten Abschnitts einknickt und sich faltet, sofern die Crashrichtung um weniger als 50 Winkelgrade von der Richtung der Verbindungslinie zwischen zwei Endpunkten des gebogenen Abschnitts abweicht und sich die den Lenker lagernden Gelenke aufgrund ihrer konstruktiven Gestaltung vom Fahrzeugaufbau nicht lösen. Die Krümmungsrichtung des Abschnitts kann hierbei beliebig gewählt werden.
• Ist der Lenker mit dem gekrümmten Abschnitt z.B. Teil eines Federbeins, kann die Krümmung bei einer einseitigen unfallbedingten Ausknüpfbarkeit eines Gelenklagers genutzt werden, um die unfallbedingte Verformung des Vorderwagens zumindest bereichsweise zu beeinflussen. Das entsprechende fahrzeugaufbauseitige Gelenkteil bewegt sich mit der Verkürzung des Vorderwagens relativ zum fahrwerkseitigen Gelenkteil auf einer gekrümmten Bahn auf die Stirnwand der Fahrgastzelle zu. Mit der Bahnkrümmung kann die Lage des Federbeins für bestimmte Verformungsabläufe manipuliert werden.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen:
• 1: Einzelradaufhängung mit zwei Querlenkern;
• 2: Unterer Querlenker;
• 3: Unterer Querlenker mit abgeschobener Lagerhülse.
• Die 1 zeigt eine Einzelradaufhängung einer gelenkten Doppelpendelachse mit verschieden langen beispielsweise nicht parallel zueinander stehenden Querlenkern (10, 50). Beide Querlenker (10, 50) sind über einen Radträger (80) miteinander gelenkig gekoppelt. Der untere Querlenker (10) stützt sich über ein Feder-Dämpferbein (90) am Fahrzeugaufbau ab.
• In den 2 und 3 ist der untere Querlenker (10) dargestellt. Er hat nach 1 zwei aufbauseitige Gelenke (21, 41), ein Gelenk (43) für die Feder-Dämpferbeinankopplung und ein radseitiges Gelenk (46). Der Querlenker (10) ist z.B. ein Dreiecklenker, dessen vordere aufbauseitige Dreieckspitze im Bereich des Gelenkes (21) in einen beispielsweise schlanken, gebogenen Längsarm (12) übergeht, dessen Gelenke (21, 41) annähernd hintereinander in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind. Beispielsweise kann die Mitte des vorderen Gelenks (21), von dem in 1 nur die Gelenkhülse dargestellt ist, gegenüber einer gedachten Geraden, die mittig durch das Gelenk (41) verläuft, um ca. 15% des kürzesten, zwischen den Gelenken (21, 41) gelegenen Abstandes in vertikaler und/oder horizontaler Richtung versetzt liegen.
• Der Querlenker (10) besteht primär aus drei Armen (12, 14, 15). Zwischen den Gelenkhülsen (21) und (41) befindet sich der Längsarm (12), während zwischen der Gelenkhülse (41) und der Gelenkhülse (44) der hintere Querarm (14) angeordnet ist. Zur gegenseitigen Abstützung des Längsarmes (12) und des hinteren Querarmes (14) beginnt an der Gelenkhülse (44) ein weiterer Querarm (15), der z.B. im mittleren Bereich des Längsarmes (12) endet. Die Arme (12, 14, 15) haben beispielweise über weite Bereiche ihrer Längsausdehnung kreisrunde, ovale oder elliptische Querschnitte. Die Flächen der Querschnitte schwan ken hier z.B. in einem 10%-Bereich. Die einzelnen nebeneinander liegende Querschnitte haben Flächenschwerpunkte, die z.B. beim Längsarm (12) auf dessen Mittellinie (1) bzw. neutralen Phase liegen.
• Der Längsarm (12) als ein weitgehend in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtetes Teil des z.B. unteren Querlenkers (10) hat eine Mittellinie (1) die in einer Vertikalebene liegt und dort nach oben gekrümmt ist. Demnach liegt der Krümmungsmittelpunkt der Mittellinienbiegung, sofern die Krümmung konstant ist, in der genannten Vertikalebene unterhalb einer durch die Enden (2, 3) der Mittellinie (1) verlaufenden Verbindungslinie (4). Die Krümmung muss sich hierbei nicht über die gesamte zwischen den Gelenkhülsen (21) und (41) liegenden Entfernung erstrecken. Die Verbindungslinie (4) kann um 33% kürzer sein als die zwischen den Hülsen (21, 41) gelegene Entfernung.
• Des Weiteren ist es nicht notwendig, dass die Krümmung einen konstanten Radius hat oder in einer Ebene liegt.
• Erfährt das Fahrzeug unfallbedingt eine Aufbaudeformation von vorn in Fahrzeuglängsrichtung, bewegt sich das Gelenk (21) auf das Gelenk (41) zu. Die voreingeprägte Krümmung des Abschnitts (13) führt zu einem Knicken des Längsarmes (12) in diesem Bereich. Im Ausführungsbeispiel beult der Längsarm (12) nach oben aus und faltet sich zusammen. Dadurch wird eine sog. Blockbildung des Fahrwerks vermieden.
• Der in den 2 und 3 dargestellte Lenker (10) ist zwar auch gekrümmt gestaltet, soll sich aber bei einem Unfall in erster Linie nicht beulen. Hierzu hat das Gelenk (21) in Kombination mit dem Längsarm (12) eine besondere Ausgestaltung.
• Das Gelenk (21) ist primär ein Schwenkgelenk, das lenkerseitig aus einem am Querlenker (10) angeformten Schwenkzapfen (11) besteht. Der Schwenkzapfen (11) liegt hier in der Verlängerung des Längsarms (12). Auf dem zylindrischen Schwenkzapfen (11) sitzt ein gummielastisches Zwischenelement (31), vgl. 3. Das Zwischenelement (31) ist beispielsweise ein Gummielement (32), das über eine Gleitlagerhülse (33) schwenkbar auf dem Schwenkzapfen (11) angeordnet ist.
• Das Gummielement (32) sitzt im Normalzustand in einer Lagerhülse (23), die Teil eines am Fahrzeugaufbau mittels Schrauben (25) befestigten Lagerbocks (22) ist. Nach 3 ist es beispielsweise ein zweifach tailliertes Bauteil, das beispielsweise an seiner Außenkontur zwei zu seiner Mittellinie konzentrische Ringnuten (35, 36) aufweist. Die Ringnuten (35, 36) teilen das Gummielement (32) in drei Bereiche auf. Der vordere (37) und der hintere Bereich (39) sind scheibenförmig ausgebildet, während der mittlere Bereich (38) ballig ausgeführt ist. Das Gummielement (32) sitzt im montierten Zustand so in der zylindrischen Innenbohrung (24) der Lagerhülse (23), dass alle drei Bereiche (37-39) kraftschlüssig – z.B. durch Anvulkanisieren an der Lagerhülse (23) – an der Innenbohrung (24) anliegen. Die Bereiche (37) und (39) verschließen die Lagerhülse (23) im Bereich ihrer Stirnflächen gegen das Eindringen von Schmutz.
• Anstelle eines konventionellen Elastomerlagers kann auch ein hydraulisch gedämpftes Gummi-Metall-Lager eingesetzt werden.
• Bei Letzterem ist zumindest ein Teil der Hohlräume des Lagers mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt.
• Ggf. können die Bereiche (37-39) zumindest teilweise auch formschlüssig in der Bohrung (24) angeordnet sein.
• An der radseitigen Lenkerspitze sind u.a. zwei Bohrungen (44, 47) und eine Schelle (18) angeordnet. Die am freien Ende sitzende, annähernd vertikal ausgerichtete Bohrung (47) dient der Aufnahme einer Gelenkkugel (48) zur Lagerung des Radträgers (80), vgl. 1. Die annähernd horizontal orientierte Bohrung lagert über ein Gummielement eine das Feder-Dämpferbein (90) verlängernde Gabel (93). Den Hohlraum der Gabel durchdringt z.B. eine Antriebswelle.
• Zwischen den Bohrungen (44) und (47) steht von dem Querlenker (10) nach vorn eine Schelle (18) ab. Die Schelle (18) schließt mit der Fahrzeuglängsrichtung einen Winkel von ca. 45° ein. Sie hat eine halbzylindermantelförmige Innenkontur (19) und dient der Anbindung eines nicht dargestellten Stabilisatorarms. Der Stabilisatorarm sitzt dann über ein Gummilager in dieser Schelle (18). Mittels einer weiteren – nicht dargestellten – Schelle wird das Gummilager ringförmig umgriffen.
• Oberhalb des Querlenkers (10) ist der beispielsweise hufeisenförmige, um das Feder-Dämpferbein (90) herumgeführte offene Querlenker (50) angeordnet. Dieser Querlenker (50), der ein I-förmiges Querschnittsprofil hat, stützt sich über zwei gleichwertige aufbauseitige Gelenke (51) und (52) am Fahrzeugaufbau ab. Das radseitige Gelenk (53) des Querlenkers (50) befindet sich in der Zone der größten Lenkerkrümmung. Dort ist eine Kugelkalotte angeordnet, in die ein am Radträger (80) befestigter Kugelkopf eingreift.
• Zwischen der Kugelkalotte des oberen Querlenkers (50) und der Gelenkkugel (48) des unteren Querlenkers (10) ist der Radträger (80) schwenkbar gelagert. Der Radträger (80) besteht aus einem Ring (81) zur Aufnahme der Radlagerung, an dem drei Kragarme (82-84) angeformt sind. Ein nach oben ausgerichteter Kragarm (82) trägt an seinem freien Ende die in die Kugelkalotte des Querlenkers (50) passende Gelenkkugel. Ein nach unten orientierter kürzerer Kragarm (83) trägt eine die Gelenkkugel (48) umgebende Kugelkalotte (86). Ein dritter Kragarm (84) steht nach hinten vom Ring (81) ab. Er ist ein Spurhebel.
• Im Fall einer unfallbedingten Verkürzung des die Radaufhängung tragenden Vorderwagens verhindert u.a. die aufbauseitige Anlenkung des unteren Querlenkers (10) eine sog. Blockbildung des Fahrwerks. Bei einem entsprechenden Verkürzungsvorgang des vorderen Fahrzeugaufbaus wird der Lagerbock (22) in Richtung auf die Fahrgastzellenstirnwand bewegt. Dabei wird die Lagerhülse (23) von dem auf dem Schwenkzapfen (11) sitzenden Gummielement (32) abgeschoben. Die Lagerhülse (23) gleitet auf dem Längsarm (12) entlang, bis sie an dem nach hinten breiter werdenden Arm (12) ggf. auch unter einer Eigenverformung zur Anlage kommt. Der Vorderwagen kann sich hierbei nahezu ungehindert durch das Fahrwerk verkürzen. Dadurch kann sich das Fahrwerk relativ großflächig an der Stirnwand der Fahrgastzelle anlegen, ohne in diese als sperriger Block einzudringen.
• Während der Lagerbock (22) auf dem Längsarm (12) entlang gleitet, wird – sofern sich der Lagerbock aufgrund einer entsprechenden Befestigung im Vorderwagen in vertikaler Richtung nur unwesentlich unfallbedingt bewegt – der Lenker (10) aufgrund der nach oben gewölbten Krümmung im Abschnitt (13) um eine durch die Gelenke (41) und (44) gehende Schwenkachse nach unten verschwenkt. Dadurch wird im unteren Bereich des Federbeins nach vorn gekippt, was eine geringere Verformung des Fußraumes im Bereich der Pedale bewirkt. Ferner wird hierbei zusätzlich Stoßenergie verzehrt, wenn sich der Lagerbock (22) aufgrund der Krümmung beim Entlanggleiten am Längsarm (12) um seine Querachse – seine Aufhängung verformend – schwenkt.
• Zur stärkeren Vernichtung der Stoßenergie kann das Gummielement (32) auch über den Schwenkzapfen (11) hinaus verlängert werden, wobei auch der Längsarm (12) mit einem oder mehreren Gummielementen oder anderen rutschhemmenden Materialien ummantelt sein kann. In diesem Fall würde auch beim Entlanggleiten der Lagerhülse (23) auf dem Schwenkzapfen (11) eine weitere Bremswirkung erzielt.
• Auch kann der Querschnitt des Längsarms (12) im Anschluß an den Schwenkzapfen (11) kontinuierlich vergrößert ausgelegt werden, so dass die Verschiebekraft mit zunehmendem Verschiebeweg auf dem Längsarm (12) ansteigt.
• Alternativ kann die Trennfuge im Gelenk (21) auch zwischen den Schwenkzapfen (11) und das Gummielement (32) gelegt werden.
• Dann rutscht im Crashfall die gummierte Lagerhülse (23) bremsend auf dem Arm (12) entlang.
• Der an dem Schwenkzapfen (11) anschließende Arm (12) kann je nach Lenkertyp mehr oder weniger stark sichelförmig gekrümmt sein. Die Krümmung kann sich mit zunehmendem Abstand vom lösbaren Gelenk (21) vergrößern.
• Der Ort des lösbaren Gelenks (21) kann sowohl vor als auch hinter der Radmittenquerebene liegen. Es kann in Fahrtrichtung gesehen das vordere oder hintere Gelenk sein.
• Auch die Anbindung des U-Stabilisators an die Einzelradaufhängungen mit Hilfe der an den unteren Querlenkern angebrachten Schellen trägt zu einem günstigen unfallbedingten Verformungsverlauf bei. Bei einem Unfall mit einer Fahrwerksverschiebung verschiebt sich das freie Ende des Stabilisators problemlos in seiner von den Schellen umgriffenen Gummilagerung, so dass auch hier eine ungünstige Blockbildung vermieden wird.

1

Mittellinie von (13)

2

Endpunkt von (1), vorn

3

Endpunkt von (1), hinten

4

Verbindungslinie der Punkte (2) und (3)

5

Länge der Verbindungslinie

6

Abstand, max. zwischen (1) und (4)

10

Querlenker, unten

11

Schwenkzapfen

12

Längsarm

13

Abschnitt, gebogen

14

Querarm, hinten

15

Querarm, vorn

18

Schelle

19

Innenkontur

21

Gelenk, Loslager, Gelenkhülse

22

Lagerbock

23

Lagerhülse

24

Innenbohrung

25

Schrauben

31

Zwischenelement

32

Gummielement

33

Gleitlagerhülse

35, 36

Ringnuten, Nuten

37

Bereich, vorn

38

Bereich, Mitte

39

Bereich, hinten

41

Gelenk, Festlager, Gelenkhülse

43

Gelenk für, Feder-Dämpferbein

44

Bohrung, Gelenkhülse

46

Gelenk, radseitig

47

Bohrung

48

Gelenkkugel

50

Querlenker, oben

51, 52

Gelenke, aufbauseitig

53

Gelenk, radseitig

80

Radträger

81

Ring

82

Kragarm, oben

83

Kragarm, unten

84

Kragarm, seitlich; Spurhebel

86

Kugelkalotte

90

Feder-Dämpferbein

93

Gabel

Claims (8)

1. Einzelradaufhängung für eine Fahrzeugachse mit radführenden Quer- oder Schräglenkern (10, 50), die die Räder an Radträgern (80) gelenkig lagern und von denen mindestens ein Lenker (10) pro Rad zwischen zwei am Fahrzeugaufbau – in Fahrtrichtung zumindest annähernd hintereinander – gelegenen Gelenkstellen (21, 41) gekrümmt ausgeführt ist, – wobei der Lenker (10) auf mindestens zwei Dritteln eines zwischen zwei Gelenkstellen (21, 41) gelegenen Abstands einen gebogenen Abschnitt (13) aufweist und – wobei die Mittellinie (1) des gebogenen Abschnitts (13) von einer gedachten Verbindungslinie (4) zwischen zwei Endpunkten (2, 3) des gebogenen Abschnitts (13) einen maximalen Abstand (6) hat, der mindestens 20% der Länge (5) der Verbindungslinie (4) beträgt.
2. Einzelradaufhängung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellinie (1) in einer Ebene liegt.
3. Einzelradaufhängung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellinie (1) in einer in Fahrtrichtung orientierten Vertikalebene liegt.
4. Einzelradaufhängung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Mittellinie (1) konstant ist.
5. Einzelradaufhängung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aufbauseitige Teil des Gelenks (21) eine Lagerhülse (23) hat, die annähernd koaxial zu einem lenkerseitigen Schwenkzapfen (11) angeordnet ist.
6. Einzelradaufhängung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (11), (23) und ein zwischen diesen Teilen angeordnetes elastisches Zwischenelement (31) im Normalzustand zumindest annähernd parallel zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind.
7. Einzelradaufhängung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine unfallbedingte Trennfuge zwischen dem Zwischenelement (31) und der Lagerhülse (23) angeordnet ist.
8. Einzelradaufhängung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (11), (23) und (31) ein Hydrolager bilden, wobei zumindest ein Teil der zwischen den Teilen (31) und (23) gelegenen Hohlräume mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt ist.