DE1555319A1

DE1555319A1 - Unabhaengige Radaufhaengung mittels Kugelgelenkes fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1555319A1
Application number: DE19661555319
Authority: DE
Inventors: Eirhart Jun Harry Edward
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1965-06-17
Filing date: 1966-05-10
Publication date: 1970-10-15
Also published as: GB1084157A; US3333653A

Description

Patentanwalt

Dipl.-Ing. Karl Wessel β München 13, den ig MailU·,

8 München 13 ' 15 55319

Hohenstaufenstr. 2, Tel. 33 8111

FoüS-5046

Ford Motor Company Dearborn, Michigan, (V. St, A,)

"Unabhängige Radaufhängung mittels Kugelgelenkes für Kraftfahrzeuge,"

Für diese Anmeldung wird die Priorität der Anmeldung Ser.No. H6H 648 vom 17. Juni 1965 in den Vereinigten Staaten von Nordamerika beansprucht.

Die Erfindung betrifft eine Aufhängung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine unabhängige Aufhängung mittels Kugelgelenken,

Bei einer unabhängigen Radaufhängung gemäß der Erfindung wird der Achsschenkel von einem unteren Lenker gehalten, sowie von einem vertikalen Aneatz an dem Schenkel, der einen kugelförmigen Teil am linde trägt. Ein rohrftfrmiger Teil ist an dem Rahmen des Fahrzeuges befestigt und dient al3 Führung für die Ku^eI,

Die Benutzung einer gleitenden Führung für einen Teil des Schenkels iet nicht völlig neu. Bei den bekannten Einrichtungen Indessen isfe das Rohr nachgiebig angebracht, um eine Durchbiegung beim Dunenfedern und Zurückfedern des Rades und

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des Achsschenkels zu ermöglichen. Bei diesen Vorrichtungen werden der Ansatz des Achsschenkels und das Rohr koaxial gehalten. In vorliegendem Falle ist die Kugelführung oder das Rohr an dem Fahrzeugrahmen starr befestigt und der Ansatz des Achsschenkels hat eine Punktberühruns, so daß das Rohr lediglich das Ende des Ansatzes des Achsschenkels führt und der Achsschenkel selbst frei um die Kugel schwenkbar ist.

Der Hauptnachteil der Vorrichtungen nach dem Stand der Technik besteht darin^ daß Lagerungen zur Steuerung der linearen Bewegung des Achsschenkels vorgesehen sind. Diese Lagerungen neigen dazu, zu haften und unterliegen einer wesentlichen Reibung, wodurch eine harte Fahrweise im Betrieb gegeben ist. Diese Machteile des Standes der· Technik sind bei der Erfindung n-*.cht vorhanden. Der Achsschenkel ist nicht in eine lineare Bahn eingezwängt, sondern kann sich frei bewegen und um den Berührungspunkt zwischen der Kugel und dem Führungsrohr verschwenken.

Zusätzlich zur Verbesserung des Betriebes durch Verringerung der Reibung ergibt sich bei der vorliegenden Erfindung eine bessere Aufhi'n^ungsgeometrie. Die Ausbildungen mit gleitenden Achsachenkeln nach dem Stand der Technil' besitzen einen positiven Sturz bei der Durchfederun^sbewe^unp;, während die Aufh.'in^unr; mit Ku gel führung, die während der Vertikalbewepunp: nchwingt, einen ncMtiven Sturs soim Durchfedern w'ihrend der ^ des Fahrzeugen aufweisen kann. Diese Geometrie

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änderung ergibt bessere H&ndhabungseigensehaften infolge von höheren Antiroll-Kräften und es ergibt sieh auch ein weicheres Fahren ohne den Stoßeffekt der gleitenden Lagerung,

Im Vergleich mit einer Aufhängung mit oberen und unteren Lenker&rmen zur Einstellung des Achsschenkels hat die Aufhängung mit Kugelführung des Achsschenkels bessere Eigenschaften» Zunächst wird das Gewicht reduziert, da der obere Lenkerarm in Wegfall kommt mit seinen dazugehörigen Teilen» Außerdem ergibt eine Aufhängung gemäß der Erfindung einen maximalen Baum zur Unterbringung der Maschine, da der obere Lenker wegfällt, während die zweckmäßigen Fahr- und Handhabungseigenschaften der unabhängigen Aufhängungen mit oberen und unteren Lenkern beibehalten werden· Infolge der oberen kugeligen SchwerrtCYerblndung des Achsschenkels in höher Lage, sind die Belastungen an den Bremsanschlägen und Büchsen in der Höhe geringer, als sie bei derzeitigen unabhängigen Vorderradaufhängungen sind. Pieeee Merkmal reduziert den baulichen Aufwand an der oberen Befestigung* Es kann eine Sturzbahn erreicht werden, die einen geringen Wechsel in der Neigung ermöglicht und keine Umkehr in der Bichtunp: über den Bereic h der Fahrbahn des Rades» Eine derartige Bewegungsbahn des Rades übt keinen Zwang aua_# gibt mäßige Antiroll-Kraftkomponenten beim Durchfedern und eine große Antiroll-Kraftkomponente beim Zurückfedern. Die kombinierten Antiroll-Kräfte können so gehalten sein, daß sie einer Hälfte der seitlichen Gewichtsübertragung gleich sind und In gewissen Fällen ausreichen, um die Stabil!-

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sierungsstangen weglassen zu können. Dadurch ergeben sich zusätzliche Gewichts- und KosteneinspErungen.

Es kann durch geeignete Neigung des Führungsrohres für die Kugel des Achsschenkels erreicht werden, daß das Fahrzeug beim Bremsen am vorderen Ende sich nicht senkt und am hinteren Ende nicht hebt. Diese Eigenschaften sind bei den üblichen Aufhängungen nicht erreichbar.

Die Aufgabe der Erfindung und ihre Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeisnieles der !Erfindung an Hand der Zeichnungen, auf denen zeifren:

PiT. 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer unabhängigen Vorderrad-Aufhängung gemäß der Erfindunr.

Fig. 2 eine Draufsicht auf den unteren Lenkerarm zur Aufbringung.

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch den Kurrelteil des Achsschenkels der Aufhängung.

Pig. ^l\ eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Aufhängung nach Figur 1.

Fig. 5 eine schaubildliche Darstellung einer Hinterradaufhängung gemäß der Erfindung.

Die Figur 1 erläutert eine unabhängige Vorderrad-Aufhängung nach einer bevorzugten Ausführungsform. Ein unterer Lenker ist mit der Fahrzeugkarosserie oder dem Rahmen 12 über eine nachgiebige Büchse 1*1 verbunden, die aus Figur 2 erkennbar ist.

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An dem Lenker 10 ist ein kreisförmiger Federsitz 16 angeschweißt, der einen vorwärtsweisenden Teil 18 hat, an welchem durch Bolzen eine Abstandsstrebe 20 befestigt ist. Qie Abstandsstrebe 20 ist eine geschmiedete Stange.

Das vordere Ende der Abstandsstrebe 20 ist an der Fahrzeugkarosserie 12 durch zwei nachgiebire Büchsen 22 und 2k befestigt. Diese Teile sind gewölbt und über das Ende der Abstandsstrebe 20 gestreift und werden durch Scheiben 26 und 28 gehalten, die Ihrerseits durch Muttern 30 und 32 festgelegt sind, die auf das Ende der Abstandsstrebe 20 aufgeschraubt sind. Diese Verbindung ergibt eine nachgiebige Schwenkbefestigunr; für die Abstandsstrebe. Die Hauptfunktion der Abstandsstrebe Ist es, eine Längsverstellung des Aufhängelenkers 10 zu vermeiden»

Die Schwenkachse 15 für die Büchse Ik geht durch den Teil der Ab3tandsstrebe hindurch, der zwischen den Gummibüchsen 22 und 2k liegt. Dies ermöglicht, daß die aus dem Lenker 10 und der Abstandsstrebe 20 bestehende Vorrichtung beim Durchfedern und Zurückfedern um eine gemeinsame Achse 15 schwenken.

Ein Achsschenkel 3k für das Fahrzeugrad 1st mit einem Achsbolzen 36 versehen, der das Had 38 des Fahrzeuges drehbar trägt, Der Achsschenkel yk 1st mit einem nach' innen weisenden ösentell kO versehen, an dem der Zapfen 42 eines Kugelgelenkes kk befestigt 1st, Der aai Hülnentell des Kugelgelenkes kk ist mit k6 bezeichnet und an dem äußeren Ende des unteren Aufhängelenkers befestigt. Das Kugelgelenk ¹Ik ergibt eine Schwenkverbindunp;

zwischen dem Aufhc'ngelenker 10 und dem Achsschenkel 34, damit sich das Rad 38 sowohl in einem Durch federung- und Zuriick-■ federun^sx/eg bewegen kann, als auch um eine Lenkachse, Der Achsschenkel 3²I trägt einen Lenkschenkel 39, der mit dem Lenkgestänge der Fahrzeuglenkung verbunden ist.

Der Achsschenkel 3¹I ist mit einem in senkrechter Richtung weisenenden Schaftteil '{8 versehen, an dem eine Kugel 50 befestigt ist. Die Ku<?el besteht aus einem kappenar&gen Metallhalter 52, auf dem ein zylindrischer Teil 54 aus Tummi aufgebracht ist. Auf den Gummiteil 5't ist mittels Hut und Rippe ein ringförmiges Plastiklager 56 befestigt. Eine Schraube •58 tritt durch den Halteten 52 hindurch und befestInt den Kugelteil 50 auf dem Ende des Schaftes 48 des Achsschenkels Ein ringförmiger Filz-Wischer 60 bildet weiterhin einen Teil Qes Kugelteiles 50 und wird durch den Halteteil 52 festgelegt,

An den oberen Teilen 64 der Tragkonstruktion 12 für die Karosserie ist ein Führungsrohr 62 befestigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist diese Verbindung starr und enthält Abstandsteile 61 und 63» die am oberen und unteren Ende des Rohres 62 angebracht sind. Diese Abstandsteile können in mehr oder weniger großer Zahl je nach den Erfordernissen der Aufhängung vorgesehen sein, um das Rohr 62 in geeignetem Winkel zu halten um die gewünschte Aufhänge-Geometrie zu erhalten.

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Das Rohr 62 besitzt einen Innendurchmesser, der gleich oder etwas größer ist, als der Außendurchmesser des Lagerteiles 56. Der Lagerteil 56 hat eine kugelige äußere Lagerfläche, die es ermöglicht, daß das Ende des Ansatzes '18 des Achsschenkels in dem Rohr 62 schwenken kann. Der Filz-Wischer 60 legt sich gegen die innere Wand des Rohres 62 und dient dazu, daÄ Eintreten von Schmutz und das Austreten von Schmiermitteln aus dem Inneren des Rohres über der Kugel 50zu verhindern.

Das obere Ende des Rohres 62 ist durch einen Ringteil 65 geschlossen, an dem ein Gummianschlag 66 für die Durchfederung befestigt ist. Der Anschlag 66 besitzt einen konischen Endteil 68, der sich auf das Ende der Kugel 50 richtet. Diese Konstruktion dient als nachgiebige Begrenzüngsvorrichtung, um eine extreme Durchbiegung des Rades 38 einzuschränken.

Das Innere des Anschlages 66 ist, wie bei 70 angedeutet, ausgebohrt, um ein Entlüftungsrohr 72 anzubringen. Das Rohr 72 ist nach der Athmosphäre hin offen und zwar durch eine geeignete Filtervorrichtung. Hierdurch wird eine Drucksteigerung oder ein Vakuum in dem Rohr über der Kugel 50 beim Hin- und Herschwingen des Achsschenkels verhindert.

Das untere Ende des Führungsrohres 62 für die Kugelführung ist durch eine Manschettendichtung Ί^ι\ verschlossen, deren eines Ende dicht auf dem Rohr 62 sitzt, während das Andere Ende dicht auf den Ansatz HS des Achschenkols aufgesetzt ist, Diese

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Konstruktion verhindert den Eintritt von Fremdkörpern in das Innere des Rohres 62. Derartige Fremdkörper könnten die innere Wand des Rohres 62 beeinträchtigen und die Lagerfläche des Lagers 56 angreifen.

Die Fahrazeugkarosserie einschließlich der R Tragvorrichtung und 64 sitzt nachgiebig auf dem Rad 38 infolge der Federung durch eine Feder 76. Das untere Ende der Schraubenfeder 76 sitzt auf dem Federsitz 60 des unteren Aufhängelenkers 10, gine die Feder haltende Einrichtung 78 ist an der Tragvorrichtung 64 angeschweißt und bildet einen Sitz für das obere Ende der Feder 76. In der Feder 76 sitzt ein teleskopischer, hydraulischer Stoßdämpfer 80, dessen unteres Ende schwenkbar mit dem Federsitz 76 durch einen Zapfen 82 verbunden ist. Eine Bayonett- oder Stiftverbindung wird dazu benutzt, um die Kolbenstange 84 des Stoßdämpfers 80 an der Haltevorrichtung 78 festzulegen. Diese Einrichtung stützt die Fahrzeugkarosserie auf der Aufhängung bei der Durchfederungs- und Rückfederungsbewegung.

Bei dieser Art der Aufhängung kann sich der Achsschenkel 34 frei auf und ab bewegen und um den Berührungspunkt zwischen der Kugel 50 und dem Rohr 62schwenken, Das Rohr 62 kann in geeigneter Weise geneigt sein, um die gewünschte Aufhänger-eometrie zu erreichen. Für eine Vorderrad-Aufhängung wird das Führungsrohr oben nach innen geneigt, um einen negativen Sturz beim Durchfedern zu erreichen und einen positiven Sturz bei der Rückfederung,

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Hierdurch werden große Antiroll-Kräfte erreicht. Um bei der Vorderrad-Aufhängung das Senken beim Bremsen zu verringern, kann das Führungsrohr oben nach hinten geneigt sein. Das Rohr braucht nicht unbedingt zylindrisch zu sein, sondern es kann auch eine nicht-lineare Achse besitzen, um eine spezielle Geometrie für die Radbewegung zu erzielen.

Die Aufhängung gemäß der Erfindung ist auch bei anderen Arten von Federungseinrichtungen verwendbar» Eine Schraubenfeder wurde lediglich zur Erläuterung dargestellt, indessen kann auch eine Torsionsfeder in gleicher Meise angewendet werden. Diese Ausbildung ist sum Beispiel in der Figur 5 dargestellt. Die Erfindung kann aueh bei hydro-pneumatischen Aufhängungen angewendet werden, indem eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen der Kugel 50 und dem Rohr 62 vorgesehen wird, In diesem Falle wird das obere Ende des Rohres mit hydraulischer Flüssigkeit versehen und das Entlüftugnsrohr 72 wird mit einer hydro-pneumatischen Federvorrichtung verbunden. Ein nachgiebiges Aggregat für eine hydro-pneumatische Aufhängung ist in der amerikanischen Patentschrift 3 0*11 062 erläutert.

Eine Ausführungsform der Erfindung für eine unabhängige Hinterradaufhängung mit antreibenden Rädern 1st in der Figur 5 dargestellt» Mach dieser Darstellung hat ein Differentialgetriebe 100 seitlich austretende Wellen 10^₀ die mit dem inneren Ende von Antriebswellen 102 durch Universalgelenke Io6 verbunden sind»

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Das äußere Ende der Welle 102 ist mit einem zweiten universalgelenk 108 verbunden, welches seinerseits mit dem nicht dargestellten Achsbolzen verbunden ist. Der Achsbolzen seiner-

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seits ist dem das Rad tragenden Flansch 110 verbunden« Das Laufrad 112 ist mit dem Flansch 110 verbunden. Der Achsbolzen wird drehbar in einem das Rad tragenden Gehäuse 114 gehalten, welches dadurch außerdem das Rad 112 trä,<?t.

An dem das Rad tragende Gehäuse 114 sitzt fest ein Teil 116 und besitzt einen senkrecht verlaufenden Teil ähnlich dem Ansatzteil 48 des Achsschenkels 34 nach Figur 1. Das obere Ende des Ansatzteiles besitzt eine Kugel, die in einem Führungsrohr 118 -leitend gehalten wird. Ein Stützteil 112# ist an einem Tragteil des Fahrzeuges starr befestigt.

Das Gehäuse 114 wird außerdem von einem seitlich verlaufenden Aufhänprelenker 122 gehalten, der eine Schweißverbindung mit dem Fahrgestell des Fahrzeuges besitzt. Das äußere Ende des Lenkers 122 ist schwenkbar über eine Büchse 124 mit dem das Rad tragenden Gehäuse 114 verbunden. Eine Abstandsstrebe 126 verläuft rückwärts vom äußeren Ende des unteren Lenkers 122 aus in einem Winkel, Das hintere Ende der Abstandsstrebe 126 ist über eine Gummibuchse schwenkbar mit dem Fahrgestell des Fahrzeuges verbunden. Die Abstandfistrebe 126 bildet eine in Längsrichtung verlaufende Haltevorrichtung für den Aufhän^elenker 122, sowie das Gehäuse 114.

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Das Fahrgestell des Fahrzeuges wird bei dieser Aufhängevorrichtung von einer Torsionsstange 128 nachgiebig getragen, die aus einer Anzahl flacher Blattfedern besteht, Das eine Ende der Torsionsstange -128 ist nicht drehbar mit dem Aufhängelenker 122 verbunden, während das andere Ende einstellbar durch eine Vorrichtung 130 mit dem Fahrgestell des Fahrzeuges verbunden ist. Diese Konstruktion»ermöglicht es, daß der Lenker sich auf und abbewegen kann, wie es durch die Durchfederungs- und Rückprallbewegung des Rades 112 gegenüber, der nachgiebigen Abstützung durch die Feder 126 erzwungen wird. Die Einstellbarkeit der .Vorrichtung 130 bildet ein Mittel zur bestimmten Vorbelastung, so daß die Fahrzeugkarosserie in der gewünschten Stellung gehalten wird.

Die Kugelführung für den Achsschenkel besteht aus den Teilen 116 und 118 bei der Aufhängung nach Figur 5 und wirkt in der gleichen Weise wie die Aufhängung nach Figur 1. Die Führung kann in einen geeigneten Winkel eingestellt tförden, 'um gewisse zweckmäßige Eigenschaften der Aufhängegeometrie hervorzurufen, wie z.B. das Verhindern des Anhebens.

Bei den Hinterrädern benutzt, ermöglicht eine Aufhängung gemäß der Erfindung eine unabhängige Radbewegung und es sind minimale ungefederte Gewichte vorhanden. Weiterhin 1st eine gute Geometrie vorhanden. Die üblichen unabhängigen Hinterradaufhängungen besitzen ausserordentlich hohe Rollmittelpunkte mit radialer Radbewegunpsbahn, wodurch eine große Hubkraft hervorgerufen wird und zwar an der Außenseite den Rades, wenn das Fahrzeug um die 'icke fährt. Bei ein or Geometrie nit schwingenden Lenker hebt nich

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der Wagen infolge der Hubkomponente der Eckenkraft und sofern diese hoch <?enu^ ist, um die seitliche Gcwichtsverla£erung zu überwinden, so federt das Süßere Rad zurück und in dieser zurückgefederten Stellung hat das Rad einen großen positiven Sturz, der einen beträchtlichen Verlust in der Eckkraft hervorruft und, sofern die Zugkraft angreift, sinkt die Eckenkraft ausreichend, um zu ermöglichen, daß das hintere Ende übersteuert.

Bei der oberen Kugelführung für den Achsschenkel gemäß der Erfindung wird das Rollzentrum auf niedriger Höhe gehalten und die Bewegungsbahn des Rades ist mehr vertikal. Die Anti-Rollkraft beim Durchfedern reicht nicht aus, den Wagen anzuheben und die Eckenkraft bleibt hoch. Wie im Falle der Vorderrad-Aufhängung kann ein negativer Sturz beim Durchfedern und ein positiver Sturz beim Zurückfedern erreicht werden, indem das obere Ende des Führungsrohres 118 nach innen gneigt wird.

Jedes gewünschte Ausmaß an Roll-Untersteuerung kann erreicht werden, wenn die Achsen der Lenker an den hinteren Schwenkzapfen nach innen konvergieren. Eine Hubbewegung beim Bremsen kann vermieden werden, indem das Führungsrohr 118 für die Kugel des Achsschenkels so geneigt wird, daß die obere Kugel bei der Durchfederung sich vorwärt■ bewegt. Dies wird dadurch erreicht, daß das Rohr 118 oben nach vorwärts geneigt wird· Sofern die Schwenkachse des Lenkers parallel zum Boden verläuft, verläuft der resultierende Weg der Reifenkontaktfläche während der Zurückfederung des Rades vorwärts. Der Winkel dieses Weges bestimmt die Höhe eines Kraftvektors, der dem Anhub der Karosserie infolge

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der Gewichtsübertragung beim Bremsen entgegenwirkt.

Die Beschreibung zeigt lediglich vorzügeweise Ausführungen der Erfindung· Es sind Abänderungen möglich, ohne aus dem Rahmen des Erflndungsgedankeas herauszutreten.

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Claims

Ansprüche

1, Radaufhängung für Kraftfahrzeuge,.bei der das Rad einzeln abgefedert 1st und an einem Achsschenkel sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsschenkel (3*0 eine vertikale Verlängerung (48) mit am Ende vorgesehendera kugelförmigem Lagerteil (50) besitzt, welches In einer am Fahrzeugrahmen (6ή) fest angeordneten, rohrförmigen Führung«2) gleiten kann.

2, Radaufhängung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Pederung eine Torsionsfeder (128) zwischen dem das Rad tragenden Aufhängelenker (122) und dem Fahrzeugrahmen vorgesehen ist und daß der Führungsteil (118) für den kugelförmigen Lagerteil (50) des Achsschenkels (116) nach innen und vorwärts geneigt angeordnet 1st,

3, Radaufhängung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (112) de» Fahrzeuges durch eine seitlich verlaufende Antriebswelle (102) angetrieben wird.

*W Radaufhängung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (38) durch ein Universalgelenk mit dem Aufhängelenker (10) verbunden ist, daß es durch ein Lenkgestänge (39) zwecks Lenkung gedreht werden kann, und daß der Innenraum der rohrförmigen Itthrunf*(62) mit der äußeren Athmosphftre Verbindung hat, wobei die rohrförmig Führung (62) nach innen und rückwärts ^eneir.t 1st.

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5. Radaufhängung nach Anspruch 1 bis *ί, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der rohrförmigen Führung (62) für den kugelförmigen Lagerteil (50) des Achsschenkels (34) mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllt ist, wobei das obere Ende abgedichtet und mit einer nachgiebigen Vorrichtung zum Tragen des Fahrzeugrahiaens verbunden ist.

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