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Die
Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Fahrzeug
mit einem Federlenker, der mit seinem hinteren Ende an einem Radträger befestigt
ist, an dem ein Rad drehbar gelagert ist, wobei sich der Federlenker
vom Radträger
in Fahrtrichtung nach vorne erstreckt und mit seinem vorderen Ende
am Fahrzeuggehäuse
befestigt ist, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Der
Begriff „Fahrzeuggehäuse” umfasst
bei der vorliegenden Anmeldung sowohl einen Fahrzeugrahmen als auch
eine Fahrzeugkarosserie oder ein sonstiges Element, das zur Befestigung
einer Radaufhängung
geeignet ist.
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Aus
der
DE 44 27 172 A1 ist
eine Radaufhängung
mit einer Blattfeder bekannt, die mit ihrem hinteren Ende an einem
Radträger
und mit ihrem vorderen Ende am Fahrgestellrahmen befestigt ist.
Der Radträger
wird bei dieser Radaufhängung
durch einen sich vertikal erstreckenden Bock dargestellt, in dem
eine Starrachse gelagert ist. Zusätzlich zur Blattfeder ist eine
Luftfeder vorgesehen, die die wesentliche Federfunktion übernimmt.
Der Bock wird mit einem Art Parallellenker beim Einfedern der Blattfeder und
der Luftfeder vertikal geführt,
so dass der den Radträger
darstellende Bock nicht um die Starrachse kippt. Zusätzlich sind
bei dieser Radaufhängung
Stabilisatoren, ein Torsionsstab und weitere Elemente vorgesehen,
die zu einem sehr komplexen Aufbau führen. Diese Radaufhängung ist
insbesondere als Hinterachsaufhängung
für Nutzfahrzeuge
vorgesehen, die große
Lasten transportieren sollen.
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Ferner
ist aus dem Prospekt „Der
Engineering-Partner IVM-Engineering, Nachrichten aus Industrie,
Technik und Wirtschaft, April 1997” eine Radaufhängung für PkW-Anhänger bekannt,
die eine Starrachse aufweist, die an ihren Endbereichen jeweils
an einem sich in Fahrtrichtung nach vorne erstreckenden federnden
Achslenker aus glasfaserverstärktem
Kunststoff (GFK) gelagert ist. Mit diesen GFK-Achslenkern sollen
gleichzeitig Federungs- und Radführungsfunktionen übernommen
werden.
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Schließlich ist
aus der gattungsbildenden
FR 2
528 364 A1 eine hintere Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug mit einem
Federlenker bekannt, der seinerseits zwei Blattfedern aufweist,
die mit ihren hinteren Enden, ein Doppelgelenk ausbildend, an einem
Radträger
befestigt sind, wobei beim Einfedern des besagten Federlenkers der
Radträger
sich um eine horizontale, quer zur Fahrtrichtung verlaufende Achse
dreht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung der
eingangs genannten Art für ein
Fahrzeug, insbesondere für
ein Personenkraftfahrzeug, zu schaffen, die sehr raumsparend, einfach,
sehr leicht und kostengünstig
ausgebildet ist und zudem eine hervorragende Fahrqualität erlaubt.
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Die
Aufgabe wird durch eine Radaufhängung mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Radaufhängung für ein Fahrzeug,
insbesondere für
ein Personenkraftfahrzeug, weist einen Federlenker auf, die mit
einem hinteren Ende an einem Radträger, an dem ein Rad drehbar
gelagert ist, befestigt ist, und sich vom Radträger in Fahrtrichtung nach vorne
erstreckt, und mit seinem vorderen Ende am Fahrzeuggehäuse befestigt
ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Radträger drehfest
mit dem in Fahrtrichtung hinterem Ende der Blattfeder verbunden
ist, so dass beim Einfedern oder einer Bremsung der Radträger um eine
horizontale Achse gedreht wird, und dass das Rad im nicht-eingefederten
Zustand der Radaufhängung
mit einem negativen Sturz am Fahrzeug angeordnet ist, der beim Einfedern
der Radaufhängung in
eine Vorspur umgesetzt wird.
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Mit
der erfindungsgemäßen Radaufhängung wird
somit eine Vorspur erzeugt oder bei vorhandener Vorspur verstärkt, wenn
das Fahrzeug einer starken Belastung ausgesetzt ist und deshalb
einfedert. Da bei einer Bremsung die Hinterachse eines Fahrzeuges
entlastet wird und somit ausfedert, wird das erwünschte „in-Vorspur-gehen” auch bei
einer Bremsung erreicht. Dem Fachmann ist es bekannt, dass eine
solche erhöhte
Vorspur eine verbesserte Spurtreue gewährleistet. Es ist jedoch nicht
zweckmäßig, eine
solche erhöhte
Vorspur permanent einzustellen, da dadurch die Reifen des Fahrzeugs
einer erhöhten Belastung
ausgesetzt werden und schneller verschleißen würden. Mit der erfindungsgemäßen Radaufhängung wird
somit diese Problematik dadurch gelöst, dass nur bei der Einfederung
der Radaufhängung
oder bei einer Bremsung die Vorspur erhöht wird, bzw. von einer Radanordnung
ohne Vorspur in eine Radanordnung mit Vorspur umgesetzt wird.
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Diese
Vorteile werden erfindungsgemäß durch
einen Aufbau mit einer sehr raumsparenden, einfachen, kostengünstigen
und sehr leichten Radaufhängung
erzielt.
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Die
raumsparende Ausbildung der Radaufhängung ist insbesondere bei
Personenkraftwagen von Vorteil, da seit langem intensivste Bestrebungen bestehen,
bei gleichen Außenabmessungen
den Innenraum des Fahrzeuges besser auszunutzen.
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Ferner
ist die erfindungsgemäße Radaufhängung sehr
leicht im Vergleich zu den bekannten Radaufhängungen, insbesondere wenn
die Blattfeder aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, wodurch
eine Gewichtsersparnis und damit eine Kraftstoffersparnis am Fahrzeug
erzielt wird.
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Der
erfindungsgemäße Federlenker übernimmt
zudem die Funktionen der Federung, der Radführung in allen drei – Raumachsen,
der Stabilisierung und der Bremsmomentenabstützung.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert, in
denen schematisch zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Radaufhängung in
der Seitenansicht mit einem Schnitt durch die Fahrzeugachse,
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2 die
in 1 gezeigte Radaufhängung in perspektivischer Darstellung,
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3 ein
Fahrzeug, dessen Räder
einen negativen Sturz aufweisen, der zur Veranschaulichung der Erfindung übertrieben
dargestellt ist,
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4 schematisch
grob vereinfacht die erfindungsgemäße Radaufhängung in einer Seitenansicht
im unbelasteten Zustand,
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5 schematisch
grob vereinfacht die erfindungsgemäße Radaufhängung im eingefederten Zustand,
und
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6 schematisch
grob vereinfacht die Radanordnung eines Fahrzeuges mit der erfindungsgemäßen Radaufhängung während einer
Kurvenfahrt.
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Nachfolgend
wird der Aufbau der erfindungsgemäßen Radaufhängung anhand der 1 und 2 näher erläutert.
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Die
erfindungsgemäße Radaufhängung 1 weist
einen Federlenker 2 auf, der mit seinem in Fahrtrichtung
(Pfeil 3) vorderen Ende 4 am Fahrzeuggehäuse 5 befestigt
ist. Der Begriff „Fahrzeuggehäuse” umfaßt alle
tragenden Elemente des Fahrzeuges, wie z. B. eine selbsttragende
Karosserie, Fahrgestell, Fahrzeugrahmen oder dergleichen, der zum
Befestigen einer Radaufhängung
geeignet ist.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
erfolgt die Befestigung mittels einer kreuzförmigen Platte 6, die
vier Befestigungspunkte durch entsprechende Bohrungen festlegt,
die von Schraubbolzen 7 durchgriffen werden, um den Federlenker 2 zwischen
der Befestigungsplatte 6 und dem Fahrzeuggehäuse 5 festzuklemmen.
Die Befestigungspunkte der Befestigungsplatte 6 liegen
hierbei außerhalb
des Bereichs des Federlenkers 2, so daß dieser nicht mit Bohrungen
oder sonstigen Öffnungen
versehen werden muß.
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Am
in Fahrtrichtung 3 hinteren Ende 8 des Federlenkers 2 ist
ein Radträger 9 drehfest
befestigt. Der Radträger 9 ist
vorzugsweise ein Aluminium-Gußteil,
das eine Öffnung
zur Aufnahme eines Achszapfens (nicht dargestellt) aufweist. Auf
dem Achszapfen ist ein Rad 10 in an sich bekannter Weise drehbar
gelagert. Der Radträger 9 weist
zudem eine Aufnahme für
eine Fahrzeugachse, die sich horizontal zwischen zwei Radträgern 9 der
erfindungsgemäßen Radaufhängung 1 erstreckt,
und für
eine Dämpfereinrichtung 12 (nur
schematisch dargestellt) auf, die sich vom Radträger 9 im wesentlichen
vertikal nach oben erstreckt.
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Vorzugsweise
ist der Radträger 9 mit
einem integriertem Bremsträgerblech
zur Befestigung einer Bremseinrichtung und eventuell mit einer Aufnahme für einen
zusätzlichen
Stabilisator ausgebildet, der insbesondere bei schwereren, bzw.
erheblich lastaufnehmenden Fahrzeugen zweckmäßig sein kann. Das Bremsträgerblech
kann integrales Bestandteil des Radträgers 9 oder auch mit
diesem verschraubt oder verschweißt sein.
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Der
Bereich des hinteren Ende 8 des Federlenkers 2 befindet
sich auf Höhe
des Mittelpunktes des Rades 10, so daß die Rotationsachse des Rades 10 durch
das hintere Ende 8 des Federlenkers 2 verläuft. Der
größte Teil
des Radträgers 9 ist
unterhalb des hinteren Endes 8 des Federlenkers 2 angeordnet,
wobei die Aufnahme für
die Fahrzeugachse 11 am unteren Endbereich des Radträgers 9 angeordnet
ist.
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Aufgrund
der permanenten Belastung des Federlenkers 2 durch das
Fahrzeug, ergibt sich in der Seitenansicht (1) eine
Form, die etwa einem Viertel einer Ellipse entspricht, wenn der
Federlenker 2 entlang seiner gesamten Länge die gleiche Biegesteifigkeit
aufweist. Bei einem anderen Biegesteifigkeitsverlauf kann selbstverständlich die
aufgrund der Belastung resultierende Form des Federlenkers 2 auch
anders ausgestaltet sein.
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Der
Federlenker 2 ist als Blattfeder ausgelegt, die vorzugsweise
aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist. Ein solcher Faserverbundwerkstoff
verleiht der Blattfeder eine hohe Festigkeit und zugleich eine hohe
Elastizität.
Zudem ist eine solche Blattfeder extrem leicht, wodurch die an sich
schon sehr leichte und aus wenigen Teilen bestehende Radaufhängung 1 im
Vergleich zu bekannten Radaufhängungen
ein extrem geringes Gewicht aufweist. Dies wirkt sich in vorteilhafter
Weise auf die Fahrleistungen und den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges aus.
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Ein
wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß das Rad 10 mit
einem negativen Sturzwinkel am Fahrzeug angeordnet ist, das heißt, daß der Auflagebereich
des Rades am Fahrzeug weiter außen
als der obere Randbereich des Rades 10 angeordnet ist (siehe 3,
in der der Sturzwinkel übertrieben
dargestellt ist). Mit anderen Worten kann dieser negative Sturz
um einen Winkel α als
eine Kippung des Rades 10 um eine horizontale, in Fahrtrichtung 3 verlaufende
Linie 13 beschrieben werden (4). Der
Betrag des Sturzwinkels α liegt
typischerweise im Bereich von 0,5° bis 22.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Radaufhängung anhand der 4 und 5 näher erläutert. In 4 ist
die erfindungsgemäße Radaufhängung schematisch
grob vereinfacht in der Seitenansicht und im unbelasteten Zustand
gezeigt. 5 zeigt die gleiche schematische
Abbildung, wobei sich hier die Radaufhängung 1 im belasteten
Zustand befindet, das heißt,
daß der Federlenker 2 mit
seinem hinteren Ende 8 nach oben ausgelenkt ist. Hierdurch
wird das hintere Ende 8, das im unbelasteten Zustand (4)
etwas nach unten zeigt, nach oben abgebogen, so daß es nach
hinten oben zeigt. Dies führt
dazu, daß sich
der Radträger 9 um
eine horizontale, parallel zur Fahrzeugachse 11 verlaufende
Achse dreht und die Kipplinie 13 um einen Winkel β verdreht
wird. Die Drehrichtung des Verdrehens des Radträgers 9 bzw. der Kipplinie 13 ist
mit einem Pfeil 14 dargestellt und verläuft so, daß der obere Bereich des Radträgers 9 beim
Einfedern in Fahrtrichtung 3 bewegt wird.
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Durch
das Drehen der Kipplinie 13 wird auch die durch den negativen
Sturz eingestellte Kippung des Rades 10 so gedreht, daß der in
Fahrtrichtung 3 vordere Randbereich des Rades bezüglich des
Fahrzeuges weiter innen als der hintere Randbereich angeordnet ist.
Dies kann in einer räumlichen
Veranschaulichung mittels einer schräg gestellten Ebene, die in
der oben beschriebenen Weise um einen Winkel β verdreht wird, schnell nachvollzogen
werden.
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Die
sich beim Einfedern ergebende Anordnung des Rades, bei der der vordere
Bereich des Rades weiter innen als der rückwärtige Bereich angeordnet ist,
stellt eine Vorspuranordnung dar. Eine solche Vorspuranordnung erzeugt
eine erhöhte
Spurstabilität,
was dem Fachmann hinlänglich
bekannt ist. Mit der erfindungsgemäßen Radaufhängung wird diese Vorspur jedoch
nur bei Belastung bzw. Bremsung erzeugt, so daß im normalen Fahrzustand entweder
keine Vorspur oder nur eine geringe Vorspur vorliegt. Dieser selbsttätige Übergang
von einer geringen bzw. keiner Vorspur auf eine Vorspur bei Belastung
ist von Vorteil, da eine permanente Vorspur den Reifenverschleiß erheblich
erhöhen
würde,
aber in Situationen, bei welchen eine hohe Fahrstabilität notwendig
ist, nämlich
wenn das Fahrzeug stark belastet wird, diese durch automatisches
Erzeugen der Vorspur erhalten wird.
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Anhand
von 5 kann man erkennen, daß die erfindungsgemäße Radaufhängung 1 auch
während
eines Bremsvorganges wirksam wird, da die Bremskraft FB am
Auflagepunkt des Rades 10 angreift und auf den Radträger ein
Drehmoment ausübt, das
auf den Federlenker 2 übertragen
wird, der hierdurch nach oben ausgebogen wird. Hierdurch wird gleichermaßen wie
beim Einfedern durch eine andersartige, auf das Fahrzeug ausgeübte Belastung, ein
Verdrehen des Radträgers 9 um
eine zur Fahrzeugachse 11 parallele horizontale Achse und
damit ein Verdrehen der Kipplinie 13 bewirkt. Während eines
Bremsvorganges ist eine Vorspur besonders von Vorteil, da beim Bremsen
zum Vermeiden von Schleudern die Spurstabilität besonders hoch sein sollte.
Die erfindungsgemäße Radaufhängung verbessert
somit auch die Fahrsicherheit des Fahrzeuges.
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Ein
weiterer positiver Effekt wird bei einer Kurvenfahrt durch das stärkere Einfedern
an der kurvenäußeren Radaufhängung erzielt.
Dies wird nachfolgend anhand der in 6 schematisch
gezeigten Radanordnung eines Fahrzeuges während einer Kurvenfahrt erläutert.
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Das
Fahrzeug weist zwei lenkbare Vorderräder 14a, 14i auf.
Beim dargestellten Lenkeinschlag ist das in Fahrtrichtung 3 rechte
Vorderrad 14i das kurveninnere und das in Fahrtrichtung
linke Vorderrad 14a das kurvenäußere Vorderrad. Dementsprechend
gibt es ein kurveninneres Hinterrad 15i und ein kurvenäußeres Hinterrad 15a.
Die beiden Hinterräder 15a, 15i sind
jeweils an einer erfindungsgemäßen Radaufhängung mit
je einem Federlenker 2 angeordnet. Der kurvenäußere Federlenker 2 verkürzt sich
aufgrund der größeren Einfederung
mehr als der kurveninnere Federlenker 2. Das kurvenäußere Hinterrad 15a geht
in Vorspur bzw. die Hinterachse 11 stellt sich in einem
Winkel (γ in 6)
zur Fahrzeugmittelachse und wirkt einem unerwünschten Übersteuern des Fahrzeuges entgegen.
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- 1
- Radaufhängung
- 2
- Federlenker
- 3
- Fahrtrichtung
(Pfeil)
- 4
- Vorderes
Ende des Federlenkers
- 5
- Fahrzeuggehäuse
- 6
- Befestigungsplatte
- 7
- Schrauben
- 8
- Hinteres
Ende des Federlenkers
- 9
- Radträger
- 10
- Rad
- 11
- Fahrzeugachse
- 12
- Dämpfereinrichtung
- 13
- Kipplinie
- 14a
- Vorderrad
außen
- 14i
- Vorderrad
innen
- 15a
- Hinterrad
außen
- 15i
- Hinterrad
innen