DE10338627A1

DE10338627A1 - Einzelradaufhängung mit lösbaren Lenkerlagerungen

Info

Publication number: DE10338627A1
Application number: DE2003138627
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. Brühl; Andreas Dipl.-Ing. Gaupp (FH); Uwe Dipl.-Ing. Kugel; Wolfgang Dipl.-Ing. Mödinger
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-03-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einzelradaufhängung für eine Fahrzeugachse mit radführenden Quer- oder Schräglenkern, die die Räder an Radträgern gelenkig lagern und von denen sich bei mindestens einem Lenker (10) pro Rad mindestens ein zwischen dem Fahrzeugaufbau und diesem Lenker (10) gelegenes Gelenk (21) bei einer unfallbedingten, zwischen den aufbauseitigen Gelenkstellen (21, 41) des Lenkers (10) auftretenden Verkürzung der entsprechenden lenkerabstützenden Fahrzeugaufbaugruppe löst. Dazu besteht das lösbare Gelenk (21) des entsprechenden Lenkers (10) aus einem lenkerseitigen Schwenkzapfen (11), einer aufbauseitigen Lagerhülse (23) und einem dazwischen form- und/oder kraftschlüssig angeordneten Zwischenelement (31). Der den Schwenkzapfen (11) tragende Arm (12) des Lenkers (10) erstreckt sich annähernd in der Verlängerung des Schwenkzapfens (11). Der Arm (12) weist im Erstreckungsbereich, der mindestens eine Länge von zwei Lagerhülsenlängen hat, einen maximalen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der minimale Innendurchmesser der Lagerhülse (23). DOLLAR A Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Doppelpendelachse 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 sich bei mindestens einem Lenker pro Rad mindestens ein zwischen dem Fahrzeugaufbau und diesem Lenker gelegenes Gelenk bei einer unfallbedingten zwischen den aufbauseitigen Gelenkstellen des Lenkers auftretenden Verkürzung der entsprechenden lenkerabstützenden Fahrzeugaufbaugruppe löst.
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 ver kleinert das gegen die Stirnwand drückende Fahrwerk den Fußraum, wodurch sich dort ein erhöhtes Verletzungsriskio ergibt.

Aus der DE 38 00 944 C1 ist eine derartige Einzelradaufhängung für eine Querlenkerachse bekannt. Die entsprechenden Querlenker sind jeweils über ein Festlager und ein Loslager am Fahrzeugaufbau angelenkt. Das Festlager überträgt hier die auf das jeweilige Rad wirkenden Längskräfte, während die Seitenkräfte vom Fest- und Loslager gemeinsam abgestützt werden. Bei einer unfallbedingten Verkürzung des Fahrzeugaufbaus im Bereich der Querlenkerlagerung löst sich der Querlenker im Loslager vom Fahrzeugaufbau. Das Fahrwerk kann sich in diesem Fall vom Fahrzeugaufbau lösen und aus der Crashzone unkontrolliert herausschwenken. Dadurch nimmt es am Verzehren der Unfallstoßenergie nicht teil. Auch kann das wegschleudernde Fahrwerk und Rad zu einer eigenen Gefahrenquelle werden.

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 besteht das lösbare Gelenk des entsprechenden Lenkers aus einem lenkerseitigen Schwenkzapfen, einer aufbauseitigen La gerhülse und einem dazwischen form- und/oder kraftschlüssig angeordneten Zwischenelement. Der den Schwenkzapfen tragende Arm des Lenkers erstreckt sich annähernd in der Verlängerung des Schwenkzapfens. Der Arm weist im Erstreckungsbereich, der mindestens eine Länge von zwei Lagerhülsenlängen hat, einen maximalen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der minimale Innendurchmesser der Lagerhülse.

An mindestens einem Quer- oder Schräglenker pro Radseite befindet sich ein Gelenk, dessen fahrzeugaufbauseitiges Gelenkteil sich bei einem Unfall mit einer Verkürzung des Vorderwagens relativ zum fahrwerkseitigen Gelenkteil bewegt. Durch die Verkürzung des Vorderwagens bewegt sich am Fahrzeugaufbau das vordere Gelenkteil in Richtung auf die Stirnwand der Fahrgastzelle zu. Hierbei verkürzt sich der Abstand zwischen den fahrzeugaufbauseitigen Gelenkteilen. Die Abstandsverkürzung wird nicht durch die Lenkerkonstruktion behindert, auch wenn sich bei einem entsprechenden Unfall der jeweilige Lenker nicht verformt. Die beiden Gelenkteile des lösbaren Gelenks bewegen sich relativ zueinander in der Verlängerung der Schwenkachse dieses Gelenks. Das hülsenartige Gelenkteil verschiebt sich auf dem zapfenartigen Gelenkteil, ohne dass an diesem Gelenk die Rad- bzw. Fahrwerkshaltefunktion verloren geht. Das Rad und das Fahrwerk nehmen ohne Blockbildung am Crashprozess teil und verformen sich unter Aufzehren von Stoßenergie.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:
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 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 Arm (12) übergeht, der annähernd parallel zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet ist. Das vordere Gelenk (21) hat hier die Funktion eines Loslagers, während das hintere Gelenk (41) ein Festlager ist, das u.a. die auf das Rad einwirkenden Längskräfte in den Fahrzeugaufbau einleitet.
Das Gelenk (21) ist primär ein Schwenkgelenk, das lenkerseitig aus einem am Querlenker (10) angeformten Schwenkzapfen (11) besteht. Der Schwenkzapfen (11) liegt in der Verlängerung des Arms (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 (15) 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 (15) ab. Die Schelle (15) schließt mit der Fahrzeuglängsrichtung einen Winkel von ca. 45° ein. Sie hat eine halbzylindermantelförmige Innenkontur (16) und dient der Anbindung eines nicht dargestellten Stabilisatorarms. Der Stabilisatorarm sitzt dann über ein Gummilager in dieser Schelle (15). 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 Arm (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.
Selbstverständlich kann das Gummielement (32) auch über den Schwenkzapfen (11) hinaus verlängert werden, so dass auch der Arm (12) mit einem oder mehreren Gummielementen oder anderen rutschhemmenden Materialien ummantelt ist. In diesem Fall würde auch beim Entlanggleiten der Lagerhülse (23) auf dem Schwenkzapfen (11) bzw. auf dem Arm (12) Stoßenergie verzehrt.
Auch kann der Querschnitt des Arms (12) im Anschluß an den Schwenkzapfen (11) kontinuierlich vergrößert ausgelegt werden, so dass die Verschiebekraft mit zunehmendem Verschiebeweg auf dem Arm (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.

10: Querlenker, unten
11: Schwenkzapfen
12: Arm
15: Schelle
16: Innenkontur
21: Gelenk, Loslager
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
43: Gelenk für, Feder-Dämpferbein
44: Bohrung
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

Einzelradaufhängung für eine Fahrzeugachse mit radführenden Quer- oder Schräglenkern, die die Räder an Radträgern gelenkig lagern und von denen sich bei mindestens einem Lenker pro Rad mindestens ein zwischen dem Fahrzeugaufbau und diesem Lenker gelegenes Gelenk bei einer unfallbedingt zwischen den aufbauseitigen Gelenkstellen des Lenkers auftretenden Verkürzung der entsprechenden lenkerabstützenden Fahrzeugaufbaugruppe löst, dadurch gekennzeichnet, – dass das Gelenk (21) des entsprechenden Lenkers (10) aus einem lenkerseitigen Schwenkzapfen (11), einer aufbauseitigen Lagerhülse (23) und einem dazwischen form- und/oder kraftschlüssig angeordneten Zwischenelement (31) besteht, – dass sich der den Schwenkzapfen (11) tragende Arm (12) des Lenkers (10) annähernd in der Verlängerung des Schwenkzapfens (11) erstreckt, und – dass der Arm (12) im Erstreckungsbereich, der mindestens eine Länge von zwei Lagerhülsenlängen hat, einen maximalen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der minimale Innendurchmesser der Lagerhülse (23).
Einzelradaufhängung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufbauseitige Lagerhülse (23) annähernd koaxial zu dem lenkerseitigen Schwenkzapfen (11) angeordnet ist.
Einzelradaufhängung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (11), (23) und (31) im Normalzustand zumindest annähernd parallel zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind.
Einzelradaufhängung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unfallbedingte Trennfuge zwischen dem Zwischenelement (31) und der Lagerhülse (23) angeordnet ist.
Einzelradaufhängung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (31) zur Trennfuge hin zumindest bereichsweise durch Nuten (35, 36) oder andere Ausnehmungen gebildete Hohlräume aufweist.
Einzelradaufhängung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (31) ein elastisches rohrförmiges Bauteil ist, das an seiner Außenkontur mindestens zwei zur Bauteilmittellinie konzentrischen Ringnuten (35, 36) aufweist.
Einzelradaufhängung gemäß Anspruch 1, 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.