DE19717276A1 - Radachse für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radachse für ein Kraftfahrzeug gemäß den Oberbe­ griffen von Anspruch 1 und Anspruch 8.

Radachsen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 werden überwiegend für Hinterachsen von Kraftfahrzeugen, insbesondere Starrachsen, Verbundlenker- oder Koppellenkerachsen verwendet.

Bei Radachsen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 werden die auf die Fahrzeugräder einwirkenden Kräfte über Längslenker, evtl. weitere Radführungslenker und Lenkerlager auf den Fahrzeugaufbau übertragen. Aus Gründen guten Abrollkomforts und zur Geräuschiso­ lierung werden dabei meistens Gummi-Metall-Lager verwendet.

Dabei besteht im allgemeinen ein grundsätzlicher Konflikt, zum einen für einen hohen Fahr­ komfort und eine gute akustische Abkopplung der Achse vom Fahrzeugaufbau eine weiche Anbindung über Lenkerlager mit einer niedrigen Federkennung zur erreichen und zum anderen für eine gute Fahrdynamik und hohe Lebensdauer der verwendeten Bauteile eine harte Anbindung der Achse am Fahrzeugaufbau durch Lenkerlager mit hoher Federkennung zu erreichen.

Unter der Einwirkung von auf die Räder wirkenden Seitenkräften ergeben sich aufgrund der Längselastizitäten der Lenkerlager Verschiebungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Längslenkern. Dies führt zu einer Schiefstellung der betreffenden Radachse, da die seitlich auf ein Fahrzeugrad oder beide Fahrzeugräder einwirkende Kraft bei den beiden Lenkerlagern entgegengesetzte Längsverschiebungen hervorruft. Bei einer Hinterachse wird aufgrund dieser Schiefstellung unter anderem die Übersteuertendenz bei Kurvenfahrt begünstigt.

Eine Radachse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8 wird insbesondere bei Einzelrad­ aufhängungen verwendet, bei denen die Radführungslenker über einen gemeinsamen Hilfsrahmen bzw. Fahrschemel gelenkig miteinander verbunden sind, wobei dieser Hilfs­ rahmen wiederum über zwei seitlich versetzte Lager mit dem Fahrzeugaufbau gelenkig verbunden ist. Auch bei einer derartigen Achskonstruktion kann eine seitlich auf ein Fahrzeugrad oder beide Fahrzeugräder einwirkende Kraft zu einer Schiefstellung der gesamten Achse führen.

Die DE-43 11 090 A1 beschreibt eine Verbund- oder Koppellenkerachse mit einem Gummi- Metall-Lager, welches eine metallische Innenhülse, eine dazu konzentrische metallische Außenhülse sowie einen zwischen diesen Hülsen angeordneten Gummikörper enthält, wobei im Gummikörper mindestens eine von der einen zur anderen Lagerstirnfläche durch­ gehende Ausnehmung oder Bohrung angeordnet ist. Die Bohrungen verlaufen dabei schräg zur Lagerachse, um sowohl einen hohen Abrollkomfort als auch bei Kurvenfahrt unter Seitenkrafteinwirkung eine hohe Spurwinkelsteifigkeit zu erzielen.

Die DE-195 07 397 A1 zeigt eine Verbundlenker- oder Koppellenkerachse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, bei der der rechte und linke Längslenker am Fahrzeugaufbau über Lenkerlager mit asymmetrischer Kennung angebracht sind, wobei die Federwirkungen für Kräfte, die an den Längslenkern jeweils in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung wirken, je­ weils vergleichsweise geringfügig, jedoch signifikant unterschiedlich bemessen sind. Dabei entspricht die Federkennung des linken Lenkerlagers für in Fahrtrichtung wirkende Kräfte der Federkennung des rechten Lenkerlagers für der Fahrtrichtung entgegengesetzt wirkende Kräfte und umgekehrt. Durch eine derartige asymmetrische Federkennung der Lenkerlager können Schwingungen der Fahrzeugachse gegenüber dem Fahrzeugaufbau abgebaut werden. Für seitlich an einem Fahrzeugrad oder beiden Fahrzeugrädern an­ greifende Kräfte wird durch eine derartige asymmetrische Federkennung jedoch keine Verringerung der unerwünschten Schiefstellung der Achse gegenüber dem Fahrzeugauf­ bau erreicht.

Die DE-35 21 361 A1 beschreibt eine Verbund- oder Koppellenker-Hinterachse, die über spurkorrigierende, gummielastische Lager am Fahrzeugaufbau angelenkt ist, die einander diametral gegenüberliegende nierenförmige Aussparungen in ihrem Gummikörper aufwei­ sen, wobei durch die beiden nierenförmigen Aussparungen gelegte jeweilige Geraden sich fahrzeugmittig treffen. Somit wird eine Asymmetrie in der Federkennung in der zur Fahr­ zeugmitte hin verlaufenden Diagonalen erzeugt.

Die DE-43 10 526 A1 beschreibt eine Kraftfahrzeug-Hinterachse mit Gummi-Metall-Lagern, bei denen zur Erreichung sowohl eines hohen Fahrkomforts als auch eines positiven Eigen­ lenkverhaltens Ausnehmungen im Gummikörper des Gummi-Metall-Lagers räumlich jeweils derart angeordnet und ausgerichtet sind, daß eine durch die einander diametral gegenüber­ liegenden Ausnehmungen hindurch gelegte Gerade gegen die Horizontale des Fahrzeugs geneigt verläuft.

Zum Erreichen einer Spurkorrektur werden weiterhin zum Teil auch Spurkorrekturlager und angestellte Lager verwendet.

Der grundsätzliche Konflikt zwischen einer weichen Anbindung für die akustischen Ansprü­ che und Komfortansprüche einerseits und einer harten Anbindung zum Erreichen einer gu­ ten Fahrdynamik und hohen Bauteillebensdauer andererseits bleibt jedoch grundsätzlich erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radachse für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die einerseits einen hohen Fahrkomfort und gute akustische Eigenschaften bewirkt und an­ dererseits eine gute Fahrdynamik und hohe Bauteillebensdauer gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch Radachsen nach Anspruch 1 beziehungsweise Anspruch 8 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsge­ mäßen Radachsen.

Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, durch eine geeignete Dimensionierung der Federkennungen der Lenkerlager bzw. Hilfsrahmenlager zu erreichen, daß auf ein Fahr­ zeugrad oder beide Fahrzeugräder einwirkende Seitenkräfte nicht lediglich eine Verdrehung der Radachse bewirken, wie es bei herkömmlichen Lenkerlagern der Fall ist, sondern ein Teil der angreifenden Seitenkraft durch eine Verlagerung der Radachse in Fahrzeuglängs­ richtung abgefangen wird. Dies wird durch die erfindungsgemäße unterschiedliche Dimen­ sionierung der Federkennungen für Kräfte, die an den Längslenkern bzw. dem Hilfsrahmen in Fahrtrichtung und die der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung angreifen, erreicht.

Gleichzeitig wird durch die geringe Federkennung für Kräfte, die an der Achse in die der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung angreifen, ein guter Fahrkomfort und eine gute akustische Abkopplung erreicht.

Die betreffenden Lager können dabei nach Anspruch 3 bzw. Anspruch 10 als Gummi- Metall-Lager oder aber nach Anspruch 6 als hydraulische Lager ausgebildet werden. Bei einem Gummi-Metall-Lager kann die unterschiedliche Federkennung für die beiden Längs­ richtungen auf vorteilhafte Weise nach den Ansprüchen 4 und 5 bzw. 10 und 11 erreicht werden, indem zwischen ein achsfestes und ein aufbauseitiges Lagerteil jeweils zwei Gummikörper aus unterschiedlichen Gummimaterialien, einem hochelastischen und einem niederelastischen Gummimaterial angeordnet sind, wobei diese Gummielemente nach Anspruch 4 bzw. Anspruch 10 lediglich auf Druck wirksam sind.

Bei Verwendung hydraulischer Lager nach den Ansprüchen 6 und 7 kann selektiv die Eigenschwingung der Radachse gedämpft werden, die im wesentlichen von den Reifenfedereigenschaften abhängt.

Die Erfindung wird im folgenden an einer Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung einer Verbundlenker-Hinterachse eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Draufsicht;

Fig. 2 eine weitere Darstellung der Radachse aus Fig. 1;

Fig. 3a und b eine Radachse nach dem Stand der Technik und der Ausführungsform der Erfindung bei Einwirken einer Seitenkraft;

Fig. 4a und b jeweils ein Lenkerlager einer Radachse nach dem Stand der Technik und gemäß der Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5a und b die entsprechenden Federkennlinien der Lager aus Fig. 4 und

Fig. 6 eine Ausführung des Lenkerlagers der Radachse gemäß der Ausführungsform.

Eine Verbundlenkerachse weist gemäß Fig. 1 zwei Längslenker 2, 2′ auf, die die Rad­ träger der Fahrzeugräder 6, 6′ aufnehmen und untereinander mit dem Querträger 4 ver­ bunden sind. Die Längslenker sind in jeweiligen Lenkerlagern 8, 8′ gelenkig mit einem Fahrzeugaufbau 10 verbunden.

Erfindungsgemäß sind die Lenkerlager 8, 8′ für Kräfte, die an den Längslenkern in Fahr­ zeuglängsrichtung angreifen, mit unterschiedlichen Federkennungen C3 und C4 in Fahrt­ richtung (Pfeil F) und in die der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung ausgebildet, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist.

In Fig. 4a und b ist ein herkömmliches Lenkerlager mit den Federkennungen C1 und C2 für auf die Längslenker in Fahrtrichtung und die der Fahrtrichtung entgegengesetzten Rich­ tung einwirkende Kräfte dem Lenkerlager gemäß der Erfindung mit Federkennungen C3 und C4 gegenübergestellt. Die Federkennung C4 ist gegenüber der Federkennung C1 steifer ausgebildet, wohingegen die Federkennung C3 gegenüber der Federkennung C2 weicher ausgebildet ist. Während am herkömmlichen Lenkerlager C1 = C2 gilt, ist beim Lenkerlager der erfindungsgemäßen Radachse C3 < C4. Somit gilt C3 < C1=C2 < C4. Die Federkennlinien sind entsprechend in Fig. 5a und b dargestellt.

Da beim Überfahren von Hindernissen auf die Radachsen Kräfte einwirken, die in die der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung weisen, sind die Federkennungen C2 und C3 für den Fahrkomfort und die akustische Ankopplung der Radachse an den Fahrzeugaufbau relevant. Indem erfindungsgemäß die Federkennung C3 weicher ausgestaltet ist, wird der Fahrkomfort erhöht und eine gute akustische Abkopplung der Radachse vom Fahrzeugauf­ bau erreicht.

Die Fahrdynamik und die Bauteillebensdauer wird von dem Verhalten der Radachse gegen­ über auf ein Fahrzeugrad oder beide Fahrzeugräder der Achse einwirkende Seitenkräfte F_s bestimmt, die in den Fig. 3a und b durch Pfeile angedeutet werden. Bei der herkömm­ lichen Radachse bewirkt die Seitenkraft F_s gemäß Fig. 3a aufgrund der symmetrischen Lagerkennung eine Verdrehung der Achse um ihren Mittelpunkt in Fahrzeugquerrichtung, wie sich aus einem Vergleich der auftretenden Kräfte ergibt: Die in Fig. 3a von rechts ein­ wirkende Seitenkraft F_s bewirkt am linken Längslenker eine Kraft F_xl gemäß der Gleichung

Fxl = Fs lx/by, wobei Δxl1 = Fxl/c

und an dem rechten Längslenker eine entgegengesetzt weisende Kraft F_xr gemäß der Glei­ chung

Fxr = - Fxl, wobei Δxr1 = Fxr/c.

Dabei gilt Δxr₁ = - Δxl₁.

Die in Fig. 3a gezeigte Schiefstellung der Achse um den Winkel ϕ resultiert aus den Weg­ verlagerungen +Δxl und -Δxr. Die Gesamtverlagerung beträgt Δx_ges = Δxl + Δxr. Da bei gilt für den Schiefstellwinkel ϕ bei kleinen Winkeln: ϕ ∼ Δx_ges.

Gemäß Fig. 3b wird hingegen bei Verwendung des erfindungsgemäßen Lenkerlagers mit asymmetrischer Federkennung C3 ≠ C4 zusätzlich zur Schiefstellung der Achse auch eine Verlagerung der Achse in Fahrzeuglängsrichtung bewirkt.

Es gilt für die Wegverlagerungen Δxl2 und Δxr2:

|Fxl|=|Fxr|; |Δxl2|≠|Δxr2|.

Da die Gesamtwegverlagerung gegenüber dem herkömmlichen Lager nicht verändert ist, d. h. Δxl2+Δxr2 = Δl1+Δxr1, ist bei hinreichend kleinen Auslenkungen auch der Verstellwin­ kel ϕ2 gegenüber demjenigen der herkömmlichen Lager, ϕ1, nicht verändert, d. h. ϕ2 = ϕ1.

Das heißt, es wird bei weicherer Lagerkennung in -x-Richtung und steiferer Lagerkennung in +x-Richtung, d. h. C3 < C1 = C2 < C4, ein annähernd gleiches Lenkverhalten wie bei symmetrischer Auslegung erreicht. Die zusätzliche Verlagerung der Radachse in die der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung bewirkt lediglich eine Vergrößerung des Rad­ standes, ohne die Übersteuerungstendenz zu verstärken. Somit kann durch diese Wahl der Federkennungen der Fahrkomfort aufgrund des niedrigen Wertes von C3 verbessert werden, ohne die Fahrdynamik zu verschlechtern.

Die unterschiedlichen Federwirkungen können z. B. erreicht werden, indem bei dem Lenkerlager gemäß Fig. 6 zwischen einer äußeren, achsfesten Lagerbuchse 16 und einem inneren, aufbauseitigen Lagerteil 18 zwei Gummielemente 12, 14 mit unterschied­ lichen Elastizitätsmodulen derartig angeordnet werden, daß sie nur auf Druck wirksam sind. In Fig. 6 besitzt demnach das Gummielement 14 die hohe Federkennung C4 und das Gummielement 12 die niedrige Federkennung C3.

Um die lineare Lenkung der Fig. 5b) zu erreichen, sind die Gummielemente 12, 14 ohne Vorspannung in dem Lager angeordnet. Ein Totweg 19 sollte dabei jedoch möglichst gering gehalten werden.

Die unterschiedliche Federkennung kann dabei durch Verwendung unterschiedlicher Gum­ mimaterialien erreicht werden, wobei vorteilhafterweise für das Gummielement 16 ein hoch­ dämpfendes Material verwendet werden, z. B. mit Verlustwinkeln von 15° und mehr.

Zur Aufnahme von Kräften in Fahrzeugquerrichtung ist ein Steg 13 aus einem üblichen Gummimaterial vorgesehen.

Alternativ zu dieser Ausführungsform, bei der gegenüber dem Stand der Technik der Fahr­ komfort bei gleichbleibender Fahrdynamik verbessert wurde, kann durch eine entsprechend andere Dimensionierung der Federkennungen C3 und C4 gegenüber den Federkennungen C1 = C2 herkömmlicher Lager auch bei gleichbleibendem Fahrkomfort die Fahrdynamik verbessert werden, z. B. indem C3 = C2 gewählt wird, wobei C4 dann deutlich größer als C1 ist. Entsprechend kann auch eine Verbesserung der Fahrdynamik und eine Erhöhung des Fahrkomforts erreicht werden, indem C4 größer gewählt wird als C1, und C3 lediglich etwas kleiner als C2 gewählt wird.

Somit bewirkt die asymmetrische Dimensionierung der Federkennungen in Fahrtrichtung und die der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtungen neben der Verdrehung der Achse um ihren Mittelpunkt in Fahrzeugquerrichtung zusätzlich eine translatorische Verlagerung in die der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung. Aufgrund der geringen Steifigkeit in -x-Richtung kann ein weiches Überrollen von Fahrbahnunebenheiten erreicht werden, die stoßartig angreifenden Kräfte bewirken dabei die Achsverlagerung in diese Richtung.

Bei Radachse mit Hilfsrahmen können entsprechend erfindungsgemäß für die seitlich ver­ setzten Hilfsrahmenlager entsprechende Lager verwendet werden, wie sie oben beschrieben wurden.

Claims (11)

1. Radachse für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Verbundlenker- oder Koppellenker- Achse, mit zwei Längslenkern (2, 2′), die jeweils über Lenkerlager (8, 8′) an einem Fahrzeugaufbau (10) angelenkt, mit Radträgern der jeweiligen Fahrzeugräder (6, 6′) verbunden und über einen sich in Fahrzeug-Querrichtung erstreckenden Querträger (4) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkerlager (8, 8′) der beiden Längslenker (2, 2′) gegenüber in Fahrtrichtung (F) auf die Längslenker einwirkende Kräfte federsteif und gegenüber in die der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung einwirkende Kräfte federweich ausgebildet sind.

2. Radachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längslenker (2, 2′) für eine Längsfederung gegenüber dem Fahrzeugaufbau (10) mit starker Dämpfung angeordnet sind, vorzugsweise mit Verlustwinkeln von 15° und mehr.

3. Radachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkerlager (8, 8′) als Gummi-Metall-Lager ausgebildet sind und zwei verschiedene konstante Feder­ wirkungen (C3, C4) für auf die Längslenker in Fahrtrichtung und die der Fahrtrichtung entgegengesetzten Richtung wirkende Kräfte aufweisen.

4. Radachse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federwirkung durch mindestens zwei Gummielemente (12, 14) bewirkt wird, die in den Lenkerlagern zwi­ schen einem ersten, achsfesten Lagerteil (16) und einem zweiten, aufbauseitigen Lagerteil (18) angeordnet und nur auf Druck wirksam sind.

5. Radachse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummielemente (12, 14) nicht vorgespannt sind.

6. Radachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkerlager als hydraulische Lager ausgebildet sind.

7. Radachse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkerlager eine fre­ quenzselektive Dämpfung im Frequenzbereich der Eigenschwingung der Radachse während einer Fahrt haben.

8. Radachse für ein Kraftfahrzeug, mit einem Hilfsrahmen, der über mindestens zwei in Fahrzeug-Querrichtung zueinander versetzte Hilfsrahmenlager an einem Fahrzeugauf­ bau angelenkt und über Radführungslenker mit den Fahrzeugrädern der Radachse ver­ bunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsrahmenlager gegenüber in Fahrtrichtung auf den Hilfsrahmen einwirkenden Kräfte federsteif und gegenüber in die der Fahrtrichtung entgegengesetzte Richtung einwirkenden Kräfte federweich ausgebildet sind.

9. Radachse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfrahmenlager als Gummimetall-Lager ausgebildet sind und zwei verschiedene konstante Federwirkungen (C3, C4) für auf den Hilfsrahmen in Fahrtrichtung und die entgegengesetzte Richtung wirkende Kräfte aufweisen.

10. Radachse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federwirkung durch mindestens zwei Federkörper bewirkt wird, die in jedem Hilfsrahmenlager zwischen ei­ nem ersten mit dem Hilfsrahmen verbundenen Lagerteil und einem zweiten, aufbausei­ tigen Lagerteil angeordnet sind und nur auf Druck wirksam sind.

11. Radachse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn nicht vorge­ spannt sind.