DE19929007A1 - Radaufhängung, insbesondere für ein Leichtfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung mit einem Gabelelement mit zwei, ein Rad vom Außenumfang her übergreifenden und miteinander über ein Querteil gekoppelten Gabelschenkeln und einem Schwingelement, das zwei Schwingarme aufweist, die sich von einem Radzentrum ausgehend über jeweils eine vom Radzentrum beabstandete Koppelungsstelle, an welcher das Schwingenelement mit dem Gabelelement gekoppelt ist, zu einem Schwingarmverbindungsabschnitt hin erstrecken, über welchen die beiden Schwingarme miteinander verbunden sind. Diese Radaufhängung zeichnet sich dadurch aus, daß zur Koppelung der Schwingarme und der Gabelschenkel auf jeder Seite des Rades eine Koppelungseinrichtung vorgesehen ist, die jeweils einen elastomeren Körper aufweist, über welchen der jeweilige Gabelschenkel sich an dem ihm zugeordneten Schwingarm abstützt.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Radaufhängung für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorderradaufhängung zur Aufhängung eines Vorderrades eines Leichtfahrzeuges in der Art eines Dreirades.

Derartige Leichtfahrzeuge können beispielsweise mittels eines Drachens, Segels oder eines Schirmes durch Windkraft gezogen werden. Um bereits bei vergleichs­ weise geringen Windstärken hinreichende Fahrleistungen zu erreichen wird allge­ mein ein möglichst geringes Eigengewicht dieser Fahrzeuge angestrebt. Eine im Hinblick auf ein besonders geringes Eigengewicht vorteilhafte Ausführungsform ist hierbei dadurch gegeben, daß das Fahrzeug als Dreirad mit einem lenkbaren Vorder­ rad ausgebildet ist. Das lenkbare Rad ist vorzugsweise in einer an einem Drehsche­ mel-Gelenk schwenkbar gelagerten Radaufhängungsgabel aufgenommen. Werden derartige Fahrzeuge mit hoher Geschwindigkeit auf einem nicht vollständig ebenen Untergrund bewegt so sind, insbesondere die Aufhängungen der Räder erheblichen Belastungen ausgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine robuste und gegen Verschmutzungen weitgehend unempfindliche Radaufhängung zu schaffen, welche unter fertigungs- und montagetechnischen Gesichtspunkten günstig herstellbar ist und ein verbesser­ tes Fahrverhalten bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Radaufhängung mit den in Patent­ anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Dadurch wird auf vorteilhafte Weise eine wartungsfreie und insbesondere gegen Salz und Sandpartikel unempfindliche Radaufhängung geschaffen. In besonders günsti­ ger Weise wird eine hinreichend leichtgängige Bewegung ohne Verwendung von Schmiermitteln erreicht. Die weiterhin durch die erfindungsgemäße Radaufhängung erreichte Schwingungsdämpfung erweist sich im Hinblick auf das Fahrverhalten ei­ nes entsprechend ausgestatteten Fahrzeuges ebenfalls als besonders vorteilhaft.

Sowohl das Gabelelement als auch das Schwingelement sind gemäß einer beson­ ders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einem korrosionsbeständigen Material insbesondere Chrom/Nickel Stahl gefertigt. Alternativ dazu ist es gemäß ei­ ner weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch möglich, diese Teile aus einem insbesondere sandgestrahlten Stahlmaterial zu fertigen das (insbesondere Zink-) metallgespritzt und anschließend pulverbeschichtet ist.

Das Gabelelement ist vorzugsweise als Schweißkonstruktion gefertigt. Die beiden Schenkel des Gabelelementes sind vorzugsweise aus dickwandigen Rohren gebil­ det. Das zwischen den beiden Schenkeln vorgesehene Querteil ist vorzugsweise mit den Schenkeln verschweißt. Es ist auch möglich, das Gabelelement aus einem zu einem U-förmigen Bügel abgebogenen Rohr- oder Vollmaterial zu fertigen.

In einem, in Einbauposition oberen Bereich des Gabelelementes ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Aufnahmeöffnung vor­ gesehen in welche eine Gelenkbuchse eines Drehschemel-Gelenkes eingreift. Ein durch diese Gelenkbuchse hindurchgeführtes Achsenelement ist wenigstens an dem zwischen den Schenkeln verlaufenden Querteil, vorzugsweise jedoch an zwei zwi­ schen den Schenkeln verlaufenden Querteilen befestigt.

Die Ausrichtung der durch das Achsenelement festgelegten Gelenkachse ist vor­ zugsweise derart gewählt, daß sich ein relativ großer Nachlauf ergibt. Insbesondere schneidet die Gelenkachse eine ebene Untergrundfläche vorzugsweise deutlich vor einer Radaufstandsfläche. Für bestimmte Aufhängungscharakteristiken ist es jedoch auch möglich, einen geringeren Nachlauf zu wählen oder auf einen Nachlauf gänz­ lich zu verzichten.

Ein besonders kompakter Aufbau der Radaufhängung wird hierbei dadurch erreicht, daß die beiden Schenkel des Gabelelementes in Fahrtrichtung nach hinten abgebo­ gen sind.

Eine im Hinblick auf eine besonders günstige Aufhängungskinematik vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, daß das Gabelelement und das Schwingelement derart angeordnet sind, daß das Radzentrum in Fahrtrichtung vor der Koppelungsstelle liegt. In weiterhin vorteilhafter Weise sind ferner das Gabelele­ lement und das Schwingelement derart ausgebildet, daß sich das Radzentrum in vertikaler Richtung gesehen unterhalb der Koppelungsstelle befindet.

Eine besonders robuste Ausführungsform der Erfindung ist auch dadurch gegeben, daß das Elastomergelenk aus einem elastomeren Körper mit beidseitig anvulkani­ sierten Befestigungsflanschen gebildet ist. Die Befestigungsflansche Weise vor­ zugsweise Sacklöcher auf. Alternativ hierzu oder auch in Kombination hiermit ist es auch möglich, daß das Elastomergelenk ein aus einem Elastomer-Material gebilde­ tes Buchsenelement aufweist das von einem Verbindungszapfen durchsetzt ist. Das Buchsenelement ist vorzugsweise zumindest schwach vorgespannt. Diese Vorspan­ nung kann beispielsweise durch eine selbstsichernde Mutter beispielsweise eine Polystopmutter aufgebracht werden die mit einem auf dem Verbindungszapfen aus­ gebildeten Gewindeabschnitt in Eingriff steht.

Der wesentliche Teil der Federungsarbeit der Radaufhängung wird gemäß einer be­ sonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung über einen Elastomerkörper aufgebracht der den Schwingarmverbindungsabschnitt und das Querteil elastisch koppelt.

Eine besonders robuste und wartungsarme Ausführungsform ist hierbei dadurch ge­ geben, daß der Elastomerkörper schlaufenartig ausgebildet ist und ein an dem Querteil vorgesehenes Bolzenteil und ein in dem Schwingarmverbindungsabschnitt vorgesehenes Bolzenteil umgreift. Der Elastomerkörper kann beispielsweise aus ei­ nem Gummimaterial gefertigt sein. Die Federkonstante des Elastomerkörpers ist in etwa so ausgelegt, daß die Radachse bei maximaler Belastung ca. 15% (hart) bis 25% (weich) des Raddurchmessers einfedern kann. Die maximalen Radkräfte liegen in etwa bei 700 N.

Eine besonders kompakte und unter kinematischen Gesichtspunkten besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, daß eine durch den Schwingarmverbindungsabschnitt und die Koppelungsstelle verlaufende Verbin­ dungslinie (l1) eine durch die Koppelungsstelle und das Radzentrum verlaufende Linie (l2) unter einem Winkel im Bereich 100 bis 170° schneidet.

Eine im Hinblick auf ein geringes Eigengewicht sowie eine hohe Stabilität vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, daß die Schwingarme des Schwingelementes jeweils aus einem Flachmaterial gebildet sind und sich vom Bereich der Koppe­ lungsstelle ausgehend zu dem Radzentrum und zu dem Schwingarmverbindungsab­ schnitt hin verjüngen.

An den beiden Schwingarmen ist jeweils ein Radachsenbefestigungsabschnitt vor­ gesehen, zur Befestigung einer durch das Radzentrum geführten Radachse. Das Federungsverhalten der Radaufhängung kann auf vorteilhafte Weise verändert, ins­ besondere an das Gewicht des Fahrers angepaßt werden indem der Radachsenbe­ festigungsabschnitt mehrere Befestigungsbohrungen aufweist, zur Anbringung der Radachse in ausgewählten Abständen von der Koppelungsstelle. Bei kleineren Ab­ ständen wird ein geringerer Federungsweg und eine härtere Federung erreicht. Gro­ ße Abstände führen zu einer insgesamt weicheren Federung und bieten zudem grö­ ßere Federwege.

Gemäß einer insbesondere im Hinblick auf ein möglichst ansprechendes äußeres Erscheinungsbild vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Schwingar­ me als Fachwerkträger ausgebildet. Hierzu ist das Ausgangsmaterial des jeweiligen Schwingarmes vorzugsweise mit einer Vielzahl von Durchbrüchen versehen. Die Durchbrüche haben vorzugsweise kreisförmige Querschnitte.

Sofern die erfindungsgemäße Radaufhängung als lenkbare Vorderradaufhängung Anwendung findet ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform das Gabelelement mit seitlich auskragenden Stababschnitten versehen, zur Bildung einer Fußabstützeinrichtung zum Schwenken der Radaufhängung durch Aufbringen ent­ sprechender Fußkräfte auf die Stababschnitte. Die Stababschnitte sind vorzugswei­ se aus einem Rohrmaterial gebildet und an den Schenkeln des Gabelelementes be­ festigt, insbesondere angeschweißt. Alternativ hierzu ist es gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch möglich an den beiden Schenkeln des Gabelelementes kurze Steckzapfenabschnitte vorzusehen auf welche die Stab­ abschnitte aufgesteckt werden können. An ihrem der Radaufhängung abgewand­ ten Ende sind die Stababschnitte vorzugsweise mit einer Einrichtung zur Verhinde­ rung eines Abrutschens versehen. Vorzugsweise ist die Außenfläche der Stabab­ schnitte aufgeraut und/oder profiliert.

Eine besonders stabile Koppelung der Schwingarme und der zugeordneten Schenkel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an jedem der Schwingarme im Bereich der Koppelungsstelle ein seitlich auskragender Flanschabschnitt ausgebildet ist, auf welchem sich der elastomere Körper abstützt. Dieser Flanschabschnitt kann im Bie­ geverfahren an dem Schwingarm aufgebogen werden oder beispielsweise auch über eine Schweißnaht an diesem befestigt sein.

Die axiale Länge des vorzugsweise als elastomere Buchse ausgebildeten Koppe­ lungselementes zwischen Schwingarm und Gabel-Schenkeln liegt vorzugsweise im Bereich von 15 bis 45 mm. Der Außendurchmesser beträgt vorzugsweise ca. 25 bis 60 mm. Die Innenbohrung beträgt vorzugsweise nicht mehr als 12 mm.

Alternativ zu der Verwendung einer elastomeren Buchse und durchgeführtem Ver­ bindungszapfen ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Er­ findung auch möglich, zu Koppelung von Schwingarm und Gabel-Schenkel ein Ela­ stomerelement mit beidseitig anvulkanisierten Befestigungsflanschen zu verwenden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Radaufhängung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei­ bung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht einer in Leichtbauweise ausgebildeten Radaufhängung mit einer Federungseinrichtung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Radaufhängung gemäß Fig. 1 von rechts;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Radaufhängung gemäß Fig. 1 und 2.

Fig. 4 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Leichtfahrzeuges mit einer Vorderradaufhängung gemäß den Fig. 1, 2 und 3.

Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Radaufhängung als lenkbares Vorderrad eines Leichtfahrzeuges wie es beispielhaft in Fig. 4 dargestellt ist. Diese Radaufhängung umfaßt ein Gabelelement 1 mit einem linken Schenkel 1a und einem rechten Schenkel 1b (Fig. 2) sowie ein Schwingele­ ment 2 mit einem linken Schwingarm 2a und einem rechten Schwingarm 2b (Fig. 2). Der jeweilige Schenkel 1a, 1b ist mit dem ihm zugeordneten Schwingarm 2a, 2b über einen elastomeren Körper 3a, 3b gekoppelt. Der elastomere Körper 3a, 3b ist hier als vergleichsweise kurzer, elastischer Zapfen mit beidseitig anvulkanisierten Befe­ stigungsflanschen ausgebildet. Es ist auch möglich den elastomeren Körper durch eine elastomere Buchse zu bilden die und über einen hier nicht näher dargestellten Verbindungszapfen mit dem jeweiligen Schwingarm 2a, 2b gekoppelt ist. Hierzu ist (wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich) an dem jeweiligen Schwingarm 2a, 2b ein seitlich auskragender Flanschabschnitt 4a, 4b ausgebildet.

Die hier durch den elastomeren Körper 3a, 3b zwischen dem Schwingarm 2a, 2b und den Schenkeln 1a, 1b definierte Gelenkstelle befindet sich in weitgehend unbe­ lasteten Zustand in vertikaler Richtung um eine Strecke s oberhalb einer Radachse X. In horizontaler Richtung befindet sich die Gelenkstelle in einem Abstand l1 hinter der Radachse X.

Der jeweilige Schwingarm 2a, 2b erstreckt sich in im wesentlichen radialer Richtung von der Gelenkstelle zu einem Schwingarmverbindungsabschnitt 5. Dieser Schwingarmverbindungsabschnitt 5 umfaßt bei der dargestellten Ausführungsform ein vorderes Bolzenelement 6 und ein hinteres Bolzenelement 7.

Mit dem vorderen Bolzenelement 6 ist ein elastomerer Körper gekoppelt der bei der hier dargestellten Ausführungsform durch eine elastische Schlaufe 8 gebildet ist. Diese elastische Schlaufe 8 ist im Bereich ihres dem Bolzenelement 6 abgewandten Endes mit einem Querteil 9 gekoppelt das sich zwischen den beiden Schenkeln 1a, 1b erstreckt. Hierzu ist ein weiteres Bolzenelement 10 vorgesehen das sich parallel zur Radachse X erstreckt. Hierdurch wird eine weitere elastische Koppelung von Ga­ belelement 1 und Schwingelement 2 erreicht.

Die Schwingarme 2a, 2b sind derart ausgebildet, daß die Länge einer Verbindungs­ strecke l2 zwischen der Gelenkstelle und der schwingarmseitigen Anbringung der elastischen Schlaufe 8 größer ist als der Abstand l1 zwischen der Gelenkstelle und der Radachse X. Vorzugsweise beträgt die Strecke l2 mehr als die zweifache Länge der Strecke l1. Die Verbindungslinien zwischen der Radachse X und der Gelenkstelle bzw. zwischen dem vorderen Bolzenelement 6 und der Gelenkstelle schließen einen Winkel im Bereich von ca. 120° bis 170° ein.

Die in Fig. 1 gezeigte Radaufhängung ist über eine Lenkungsbuchse (Fig. 4 Bezugs­ zeichen 11) schwenkbewegbar gelagert. Eine hierbei definierte Lenkachse K verläuft derart geneigt, daß diese eine Fahrbahnebene i in einem Punkt P schneidet der in Fahrtrichtung gesehen vor einem Radaufstandszentrum Z liegt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich wird eine besonders stabile Anlenkung des Gabelele­ mentes 1 an der Lenkungsbuchse 11 bei der gezeigten Ausführungsform erreicht, indem parallel zu dem Querteil 9 ein weiteres Querteil 12 vorgesehen ist. Zwischen den beiden Querteilen 9, 12 ist ein zur Aufnahme der Lenkungsbuchse 11 vorgese­ hener Zwischenraum gebildet.

In Fig. 3 ist die vorangehend beschriebene Radaufhängung perspektivisch darge­ stellt. Wie insbesondere aus dieser Darstellung hervorgeht wir ein Einfedern des Ra­ des 13 ermöglicht indem die beiden Schwingarme 2a, 2b um die durch den elasto­ mern Körper 3a gebildete Gelenkstelle schwenken können. Beim Einfedern wird ferner die elastische Schlaufe 8 gelängt und erzeugt hierbei eine entsprechende Rückstell­ kraft. Durch den elastischen Körper 3a, 3b und die elastische Schlaufe 8 wird in ei­ nem hinreichenden Maße auch eine Dämpfung der Relativbewegungen der Bewe­ gungsteile erreicht. Zur stärkeren Dämpfung der Ein- und Ausfederungsbewegungen ist es auch möglich, eine Zusätzliche Dämpfungseinrichtung beispielsweise in Form eines Gasdruckdämpfers vorzusehen.

In Fig. 4 ist stark vereinfacht eine Ausführungsform eines Leichtfahrzeuges darge­ stellt, welches mit einer Radaufhängung gemäß der Erfindung versehen ist. Dieses Fahrzeug wird über Fußstützen 14 gelenkt die auf Steckzapfenabschnitte 15 (Fig. 2) aufgesteckt sind. Dieses Leichtfahrzeug kann beispielsweise von einem Gleitschirm oder einem Segel gezogen werden.

Die Erfindung ist nicht auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise kann die beschriebene Radaufhängung auch bei unge­ lenkten Achsen insbesondere auch bei Hinterrädern Anwendung finden.

Claims (18)

1. Radaufhängung mit:

• - einem Gabelelement mit zwei, ein Rad vom Außenunmfang her übergreifenden und miteinander über ein Querteil gekoppelten Gabelschenkeln, und
• - einem Schwingelement, das zwei Schwingarme aufweist die sich von einem Rad­ zentrum ausgehend über jeweils eine vom Radzentrum beabstandete Koppe­ lungsstelle, an welcher das Schwingenelement mit dem Gabelelement gekoppelt ist, zu einem Schwingarmverbindungsabschnitt hin erstrecken über welchen die beiden Schwingarme miteinander verbunden sind,
• - wobei zur Koppelung der Schwingarme und der Gabelschenkel auf jeder Seite des Rades eine Koppelungseinrichtung vorgesehen ist die jeweils einen elastomeren Körper aufweist über welchen der jeweilige Gabelschenkel sich an dem ihm zu­ geordneten Schwingarm abstützt.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gabelele­ ment und das Schwingelement derart angeordnet sind, daß Radzentrum in Fahrtrichtung vor der Koppelungsstelle liegt.

3. Radaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ga­ belelelement und das Schwingelement derart angeordnet und ausgebildet sind, daß sich das Radzentrum in vertikaler Richtung gesehen unterhalb der Koppe­ lungsstelle befindet.

4. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Elastomergelenk ein aus einem Elastomer-Material gebildetes Buchsenelement aufweist das von einem Verbindungszapfen durchsetzt ist.

5. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Buchsenelement vorgespannt ist.

6. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorspannkraft auf das Buchsenelement über den Verbin­ dungszapfen aufgebracht wird.

7. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schwingarmverbindungsabschnitt und das Querteil elastisch gekoppelt sind.

8. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur elastischen Koppelung des Schwingarmverbindungsabschnit­ tes und des Querteiles ein Elastomerkörper vorgesehen ist.

9. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Elastomerkörper schlaufenartig ausgebildet ist und ein an dem Querteil vorgesehenes Bolzenteil und ein in dem Schwingarmverbindungs­ abschnitt vorgesehenes Bolzenteil umgreift.

10. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine durch den Schwingarmverbindungsabschnitt und die Kop­ pelungsstelle verlaufende Verbindungslinie (l1) eine durch die Koppelungsstelle und das Radzentrum verlaufende Linie (l2) unter einem Winkel A im Bereich 100° bis 170° schneidet.

11. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das die Schwingarme des Schwingelementes jeweils aus ei­ nem Flachmaterial gebildet sind und sich vom Bereich der Koppelungsstelle ausgehend zu dem Radzentrum und zu dem Schwingarmverbindungsabschnitt hin verjüngen.

12. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schwingarme mit einem Radachsenbefestigungsabschnitt versehen sind, zur Befestigung einer durch das Radzentrum geführten Radach­ se.

13. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Radachsenbefestigungsabschnitt mehrere Befesti­ gungsbohrungen aufweist, zur Anbringung der Radachse in ausgewählten Ab­ ständen von der Koppelungsstelle.

14. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schwingarme als Fachwerkträger ausgebildet sind.

15. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schwingarme mit einer Vielzahl an Durchbrüchen verse­ hen sind.

16. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gabelelement mit einem Lenkbuchsenaufnahmeab­ schnitt versehen ist, zur Aufnahme einer Lenkbuchse des Fahrzeuges.

17. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gabelelement mit seitlich auskragenden Stababschnit­ ten versehen ist, zur Bildung einer Fußabstützeinrichtung zum Schwenken der Radaufhängung.

18. Radaufhängung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an jedem der Schwingarme im Bereich der Koppelungsstelle ein seitlich auskragender Flanschabschnitt ausgebildet ist, auf welchem sich der elastomere Körper abstützt.