DE19756066C2 - Fahrzeugachse mit mindestens einem, mindestens einen Hebel aufweisenden, radtragenden Lenker pro Fahrzeugrad - Google Patents

Fahrzeugachse mit mindestens einem, mindestens einen Hebel aufweisenden, radtragenden Lenker pro Fahrzeugrad

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Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugachse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Bei der Abstimmung von Fahrwerksfederungen besteht grundsätz­ lich der Zielkonflikt zum einen möglichst hohen Fahrkomfort zu erzielen und zum anderen gleichzeitig die Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus bei Kurvenfahrt gering zu halten. Bei den der­ zeit bekannten Achstypen können die beiden Kriterien nicht un­ abhängig voneinander beeinflußt werden. Durch die Anordnung der Federn und Dämpfer zwischen den Elementen der Radaufhängung und dem Aufbau ergibt sich eine Kopplung der Hub- und Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus. D. h. eine konstruktive Änderung der Feder­ steifigkeit und/oder der Dämpfung wirkt sich bei einem fahren­ den Fahrzeug sowohl auf die vertikale Hubbewegung als auch auf die Wank- bzw. Rollbewegung aus.
Durch den Einsatz von Stabilisatoren wird bei einer Rollbewe­ gung die Federsteifigkeit vergrößert, wodurch sich die Wank­ neigung des Fahrzeugs verringert, aber gleichzeitig auch die Wankdämpfung des Fahrzeugaufbaus reduziert.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Fahrzeugachse zu schaffen, bei der die Gewichtskraft des Fahr­ zeugaufbaus und die auf ihn wirkenden Seitenkräfte unabhängig voneinander am Fahrwerk abgestützt werden.
Das Problem wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst. Dort wird eine Fahrzeugachse mit mindestens einem radtragenden, mindestens einen Hebel aufweisenden Lenker pro Fahrzeugrad be­ schrieben, bei der sich die Räder zum einen entweder über die Hebel oder über die Lenker oder Hebel in Kombination mit einem am Fahrzeugaufbau gelagerten Waagebalken und zum anderen über mindestens ein Feder-Dämpfersystem gegeneinander abstützen und wobei die Räder über die Hebel - direkt oder mittels Zwi­ schenelementen - und ein Wattkoppelgetriebe gekoppelt sind.
Eine Fahrzeugachse mit einem Teil dieser Merkmale ist aus der US-PS 2,128,660 bekannt. Hier wird eine Doppelquerlenkerachse beschrieben, deren obere Querlenker durch ein Stabwerk die Form von liegenden Dreieckspyramiden erhält, deren Fuß sich am Fahr­ zeugaufbau, einer horizontal liegenden Schraubenfeder und einem Wattkoppelgetriebe abstützt. Das Stabwerk stellt abstrahiert einen Hebel dar, zwischen dessen freien Enden die Schrauben­ feder und das Wattkoppelgetriebe angeordnet sind. Das Wattkop­ pelgetriebe ist über das Mittelgelenk der Wattkoppel am Fahr­ zeugaufbau angelenkt. Das hat zur Folge, daß die Lenker beider Seiten zwangsgekoppelt sind. Beide Räder der Achse federn grundsätzlich gleichzeitig ein oder aus.
Diese Konstruktion stellt zwar keine Lösung der Problemstellung dar, bildet aber einen Teil der technischen Basis für eines der dargestellten Ausführungsbeispiele.
Die Erfindung besteht darin, daß die Wattkoppel des Wattkoppel­ getriebes an ihrer mittleren Gelenkstelle in einer quer zur Fahrzeuglängsrichtung liegenden Horizontalebene im Bereich zwi­ schen den äußeren Gelenkstellen des Wattkoppelgetriebes geführt und über ein Feder-Dämpfer-System und/oder eine aktive Wank­ steuerungsvorrichtung am Fahrzeugaufbau abgestützt wird.
Hierdurch können die beiden Freiheitsgrade Hub und Wanken unab­ hänghig voneinander in ihrer Steifigkeit und Dämpfung ausgelegt bzw. eingestellt werden. Eine reine Hubbewegung unter gleich­ zeitigem Einfedern beider Räder führt nur zu einer Belastung des Hubfeder-Dämpfer-Systems und eine reine Wankbewegung unter wechselseitigem Einfedern der Räder dieser Achse belastet aus­ schließlich das Wankfeder-Dämpfer-System.
Diese Radaufhängung bietet bei der Fahrzeugabstimmung wesent­ liche zusätzliche Freiheiten. Es kann nun die Hubeigenfrequenz und Dämpfung des Aufbaus hinsichtlich Fahrkomfort abgestimmt werden ohne gleichzeitig bei Kurvenfahrt große Aufbaubewegungen zulassen zu müssen. Darüber hinaus kann die Wankdämpfung belie­ big gewählt werden.
Bei einer Quer- oder Schräglenkerachse ohne aktive Wanksteue­ rung genügen hierzu u. a. nur zwei Federn und zwei Dämpfer, die raumsparend liegend zwischen den Rädern eingebaut werden kön­ nen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung zweier schematisch dargestellter Ausfüh­ rungsformen:
Fig. 1: Querlenkereinzelradaufhängung mit in Neutralstellung positionierten Lenkern in der Frontansicht
Fig. 2: wie Fig. 1, jedoch in gleichseitig eingefederter Po­ sition;
Fig. 3: wie Fig. 2, jedoch in wechselseitig eingefederter Position;
Fig. 4: Längslenkereinzelradaufhängung in dimetrischer Dar­ stellung.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Doppelquerlenkerachse mit einer entkoppelten Hub- und Wankfederung. Die Doppelquerlenkerachse hat pro Rad (2, 2') einen unteren (11, 11') und oberen Querlen­ ker (13, 13'). Die Querlenker sind beispielsweise Dreiecklen­ ker, die am Fahrzeugaufbau (5) in parallel angeordneten Schwenkgelenken gelagert sind. Die Schwenkachsen der Querlenker sind im Ausführungsbeispiel idealisiert sowohl parallel zur Fahrzeuglängsachse als auch parallel zur Fahrbahn (1) angeord­ net. Radseitig sind die Querlenker über Radträger (14, 14') ge­ koppelt.
Im Bereich der Radaufstandsflächen sind in den Fig. 2 und 3 über oder unter der Fahrbahn (1) je zwei Hilfslinien einge­ zeichnet. Die Hilfslinien markieren die Radaufstandsfläche be­ zogen auf den verlagerten Fahrzeugaufbau bei neutraler Fahr­ werksposition.
An jedem unteren Querlenker (11, 11') ist ein Hebel (12, 12') starr angeordnet, der die Hubbewegung beim Ein- und Ausfedern in eine Querbewegung transformiert. An den Hebeln (12, 12') be­ finden sich u. a. die Hubgelenkstellen (15, 15'), zwischen denen sich eine Hubfeder-Dämpfer-Einheit (20) gelenkig abstützt.
Letztere umfaßt einen Dämpfer (21, 22), der über seine Kolben­ stange (21) am linken Hebel (12) und über seinen Zylinder (22) am rechten Hebel (12') angelenkt ist, vgl. Fig. 2. Im Bereich des linken Endes der Kolbenstange (21) und im Bereich des rech­ ten Zylinderendes ist jeweils ein plattenförmiges Adapterele­ ment (23, 24) befestigt. Zwischen den Adapterelementen (23, 24) sitzt die Hubfeder (26) konzentrisch zum Zylinder (22).
In den Fig. 1 bis 3 sind die Hubfeder (26) und die Adapter­ elemente (23, 24) so gestaltet und auf Abstand angeordnet, daß die Hubfeder (26) entweder auf Zug belastet werden kann oder bei vollständig ausgefederten Rädern (2, 2') noch auf Druck be­ lastet ist.
Insoweit bilden die unteren Querlenker (11, 11'), die He­ bel (12, 12') und die Hubfeder-Dämpfereinheit (20) - unabhängig von der Dimensionierung der Hubfeder-Dämpfereinheit - einen be­ kannten Querfederausgleich. Bei einem gleichseitigen Ein- oder Ausfedern beider Räder (2, 2'), vgl. Fig. 2, verändert sich der Abstand der Hubgelenkstellen (15, 15') relativ zueinander. Beispielsweise verkürzt sich bei einem Einfedern der Abstand, wobei die Hubfeder (26) auf Druck belastet wird, bzw. die Druckbelastung der Hubfeder (26) zunimmt.
Bei einem wechselseitigen Ein- oder Ausfedern beider Räder (2, 2'), vgl. Fig. 3, ändert sich - bei jeweils annähernd gleichem Radhub - der Abstand zwischen den Hubgelenkstellen (15, 15') nicht. Die Hubfeder-Dämpfereinheit (20) pendelt wirkungslos nach rechts.
An den Hebeln (12, 12') sind ferner die Wankgelenkstellen (16, 16') angeordnet. Zwischen diesen Gelenkstellen ist ein von ei­ ner Wankfeder-Dämpfereinheit (40) geführtes Wattkoppelge­ triebe (30) angeordnet. Das Wattkoppelgetriebe (30) besteht aus den an den Hebeln (12, 12') angelenkten Koppelstangen (32, 33) und einer gelenkig dazwischenliegenden Wattkoppel (31). Die Koppelstangen (32, 33) und die Wattkoppel (31) bilden im darge­ stellten Idealfall ein ebenes "Z". Die Wattkoppel (31) weist auf halber Länge eine Schwenkgelenkstelle (48) auf, über die sie an der Wankfeder-Dämpfereinheit (40) schwenkbar gelagert ist.
Die Wankfeder-Dämpfereinheit (40) hat einen mit der Hubfeder- Dämpfereinheit (20) vergleichbaren Aufbau. Sie besteht aus ei­ nen Wankdämpfer (41, 42), von dem die Kolbenstange (41) und der Zylinder (42) dargestellt sind. Der Zylinder (42) sitzt je nach Ausführung gelenkig oder starr in einem Zylinderlager (49) am Fahrzeugaufbau (5), während die Kolbenstange (42) in einem Kol­ benstangenlager (47) zumindest geradgeführt ist. An der Kolben­ stange (41) und dem Zylinder (42) sind die die Wankfeder (46) einspannenden Adapterelemente (43, 44) fixiert.
Wie in Fig. 2 dargestellt, verhält sich bei einem gleichseiti­ gen Einfedern der Räder (2, 2') die Wankfeder-Dämpferein­ heit (40) neutral, obwohl sich der Abstand zwischen den Wank­ gelenkstellen (16, 16') verkürzt. Die Koppelstangen (32, 33) verschwenken nur die Wattkoppel (31) in der an der Kolben­ stange (41) angeordneten Schwenkgelenkstelle (48). Die Schwenk­ gelenkstelle (48) verlagert sich gegenüber der Fahrzeughoch­ achse (6) nicht.
Bei einem wechselseitigen Einfedern nach Fig. 3 - die Rä­ der (2, 2') führen betragsmäßig den gleichen Hub aus, aber mit unterschiedlichen Vorzeichen - bleibt durch das parallele Schwenken der Hebel (12, 12') der Abstand der Wankgelenkstel­ len (16, 16') konstant. Durch den nach links wankenden Fahr­ zeugaufbau (5) wird die sich über das Wattkoppelgetriebe (30) an den Hebeln (12, 12') abstützende Wankfeder-Dämpferein­ heit (40) um das Maß "a" zusammengeschoben. Dabei stützt sich der Fahrzeugaufbau (5) über die Wankfeder (46) am Fahrwerk ab, ohne die Hubfeder (26) zu belasten.
Die Hebel (12, 12') können auch Kragarme sein, die mit dem je­ weiligen Querlenker über Stäbe, ein Stabwerk oder plattenartige Elemente versteift sind.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform in den Fig. 1 bis 3 kön­ nen die Hub- und die Wankfeder-Dämpfereinheit jeweils zwischen separaten Hebelpaaren eingebaut werden. Dabei können beispiels­ weise die unteren Querlenker je zwei Hebel tragen, wobei z. B. das Hebelpaar für die Hubfeder-Dämpfereinheit vor dem Hebelpaar für die Wankfeder-Dämpfereinheit liegt. Alternativ kann auch an allen vier Querlenkern je ein Hebel angeordnet sein, so daß sich z. B. die Hubfederung am unteren Querlenker und die Wank­ federung am oberen Querlenker abstützt.
Anstelle der erläuterten Radaufhängung in Doppelquerlenkeran­ ordnung kann diese auch eine Raumlenkeranordnung sein, sowie jeder Achstyp - auch eine Starrachse - bei dem sich Feder und Dämpfer auf einem radtragenden Bauteil oder Lenker abstützen, d. h. keine radführende Eigenschaft haben. Sobald die Lenker nicht parallel zur Fahrzeugachse schwenkbar angeordnet sind, wie z. B. bei Schräglenkern, müssen zumindest die Schwenkgelenke der Koppelstangen (32, 32') z. B. durch Kugel- und/oder Kardan­ gelenke ersetzt werden. Gegebenenfalls muß die Abstützung des Wankfeder-Dämpfersystems am Fahrzeugaufbau zusammen mit der mittleren Gelenkstelle in Fahrzeuglängsrichtung verschiebbar angeordnet sein, wobei der Verschiebeweg z. B. dem gleichgerich­ teten durchschnittlichen Verlagerungsanteil der äußeren Wank­ gelenkstellen entspricht.
In Fig. 4 ist eine reine Längslenkerachse schematisch darge­ stellt. Die Hubfederung erfolgt hier über zwei Hubfederele­ mente (57, 57'), die sich zum einen den Längslenkern (51, 51') und zum anderen an einem Waagebalken (55) abstützen. Der Waage­ balken (55) ist am Fahrzeugaufbau (5) in der Anlenkstelle (56) schwenkgelagert. Die Hubfederelemente (57, 57') enthalten die Dämpfer.
Für die Wankfederung sind an den Längslenkern (51, 51') die He­ bel (52, 52') angeordnet, die über am Fahrzeugaufbau (5) gela­ gerte - Zwischenelemente bildende - Winkelhebel (53, 53') die Schwenkbewegung der Hebel (52, 52') um eine Querachse in eine Schwenkbewegung um eine Hochachse transformieren. Zwischen den Winkelhebeln (53, 53') liegt ein Wattkoppelgetriebe (30) und eine Wankfeder-Dämpfereinheit (40).
Bei einem gleichsinnigen Einfedern der Räder (2, 2') ver­ schwenkt der Waagebalken (55) nicht. Die Hubfederelemente (57, 57') werden gleichsinnig auf Druck belastet. Die Wattkop­ pel (31) verschwenkt sich in der Schwenkgelenkstelle (48) ohne die Kolbenstange (41) zu verschieben.
Bei einem wechselseitgen Einfedern, wird der Waagebalken (55) verschwenkt ohne eine Veränderung der Steifigkeit der Hubfeder­ elemente (57, 57') zu bewirken. Die Hebel (52, 52') und die Winkelhebel (53, 53') verschieben die Wattkoppel (31) quer in Richtung auf das kurveninnere Rad (2'). Die Wankfeder-Dämp­ fereinheit (40) wird belastet.
Durch die Entkopplung von Hub- und Wankfederung kann mit ein­ fachen Mitteln eine aktive Wanksteuerung nach dem Prinzip des Kurvenneigers realisiert werden. Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Wankfeder-Dämpfereinheiten werden um ein Linear­ stellglied erweitert. Gegebenenfalls kann ein hydraulisches und/oder pneumatisches Linearstellglied auch die Wankfeder- Dämpfereinheit ersetzen. Das Linearstellglied übernimmt die translatorische Führung der Wattkoppel. Durch ein gleichsinni­ ges Verschieben der Koppelstangen wird der Fahrzeugaufbau um einen entsprechenden Wankwinkel geschwenkt.
Bezugszeichenliste
1
Fahrbahn
2
,
2
'Räder
5
Fahrzeugaufbau
6
Fahrzeughochachse
11
,
11
'untere Querlenker
12
,
12
Hebel, Hebelarm
13
,
13
'obere Querlenker
14
,
14
'Radträger
15
,
15
'Hubgelenkstellen
16
,
16
'Wankgelenkstellen
20
Hubfeder-Dämpfereinheit
21
Kolbenstange
22
Zylinder
23
,
24
Adapterelemente
26
Hubfeder
30
Wattkoppelgetriebe
31
Wattkoppel
32
,
32
'Koppelstangen
40
Wankfeder-Dämpfereinheit
41
Kolbenstange
42
Zylinder
43
,
44
Adapterelemente
46
Wankfeder
47
Kolbenstangenlager
48
Schwenkgelenkstelle
49
Zylinderlager
51
,
51
'Längslenker
52
,
52
'Hebel
53
,
53
'Winkelhebel
55
Waagebalken
56
Anlenkstelle
57
,
57
'Hubfederelemente, bzw. Hubfeder-Dämpfereinheiten

Claims (1)

1. Fahrzeugachse mit mindestens einem mindestens einen Hebelarm (12; 12') aufweisenden, radtragenden Lenker (11, 11') pro Fahrzeugrad (2; 2'), wobei sich die Räder (2; 2') entweder über die Hebelarme (12; 12') oder über einen am Fahrzeugaufbau (5) gela­ gerten Waagebalken (55) und über mindestens ein Feder- Dämpfersystem (20; 57, 57') gegeneinander abstützen und wobei die Räder (2; 2') über die Hebelarme (12; 12') - direkt oder mittels Zwischenelementen (53; 53') - und ein Wattkoppelgetriebe (30) gekoppelt sind, wobei die Wattkoppel (31) des Wattkoppelgetriebes (30) an ihrer mittleren Gelenkstelle (48) in einer quer zur Fahrzeuglängs­ richtung liegenden Horizontalebene im Bereich zwischen den äu­ ßeren Gelenkstellen (16, 16') des Wattkoppelgetriebes (30) ge­ führt und zumindest über ein Feder-Dämpfersystem (40) und/oder eine aktive Wanksteuerungsvorrichtung am Fahrzeugaufbau (5) abgestützt wird.
DE1997156066 1997-12-17 1997-12-17 Fahrzeugachse mit mindestens einem, mindestens einen Hebel aufweisenden, radtragenden Lenker pro Fahrzeugrad Expired - Lifetime DE19756066C2 (de)

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