DE19963855A1 - Radaufhängung für ein- oder mehrspurige Fahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein- oder mehrspurige Fahrzeuge mit einem einen Achszapfen zur Radaufnahme aufweisenden Führungsgetriebe, das mehrere gelenkig miteinander verbundene Glieder aufweist, von denen mindestens eines endseitig an einem Karosserie- oder Rahmenteil befestigt ist. DOLLAR A Um weitgehend Spurweiten- und Radstandsänderungen zu vermeiden und einen platzsparenden Aufbau zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß das Führungsgetriebe drei derart miteinander gelenkig verbundene Hebel (16, 17, 18) aufweist, daß der Achszapfen beim Ein- und Ausfedern des Rades durch die gewählten Hebelarmlängen und Anlenkungspunkte (12 bis 15) ausschließlich auf einer vertikal im Raum angeordneten Geraden geführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein- oder mehr­ spurige Fahrzeuge mit einem einen Achszapfen zur Radaufnahme aufweisenden Führungsgetriebe, das mehrere gelenkig miteinander verbundene Glieder aufweist, von denen mindestens eines endsei­ tig an einem Karosserie- oder Rahmenteil befestigt ist.

Die zur Zeit in der Fahrzeugtechnik üblichen Radaufhängungen bzw. radführenden Elemente bestehen aus einem oder mehreren Lenkern, die längs oder quer zur Fahrtrichtung angeordnet sind und um ihre jeweiligen Aufhängungspunkte Dreh- bzw. Schwenkbe­ wegungen ausführen können. Bei allen Radaufhängungen bzw. Rad­ führungen werden letztendlich mehrgliedrige Führungsgetriebe verwendet, die zumeist zusätzlich mit einer Federung gekoppelt sind. Nur beispielhaft gehören zu solchen Radaufhängungen das Mc-Pherson-Federbein und die Längslenkeraufhängung. Der prinzi­ pielle Aufbau des Mc-Pherson-Federbeines ist in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht. Das Mc-Pherson-Federbein besteht im wesent­ lichen aus einem quer zur Fahrtrichtung liegenden unteren Len­ ker L, der im dargestellten Beispiel an einem Punkt 1 schwenk­ bar an der Fahrzeugbodengruppe befestigt ist und über ein Tragrohr mit einer Federaufnahme eine weitere Befestigung (Punkt 3) im oder am Radkasten besitzt. Der dargestellte Punkt 2 stellt den Aufnahmepunkt des Achszapfens für das Fahr­ zeugrad dar. In diesem Bereich ist ein Rohr angebracht, in dem der Stoßdämpfer aufgenommen wird und das darüber hinaus noch eine Aufnahme für die Abstützung einer zusätzlichen Feder 4 besitzt. Der dargestellte Punkt 3 stellt schematisch auch die obere Aufnahme des Stoßdämpfers und die Federabstützung an der Karosserie dar.

Beim Einfedern des Rades führt der Lenker L eine Schwenkbewe­ gung um den Punkt 1 aus, die dazu führt, daß der Aufnahmepunkt des Achszapfens sich kreisförmig mit dem Radius L nach oben zum Punkt 2' bewegt. Durch diese kreisförmige Bewegung ergibt sich eine dargestellte Spurweitenänderung ΔSB.

Wie zudem aus Fig. 2 ersichtlich ist, in der eine Seitenansicht des Mc-Pherson-Federbeines dargestellt ist, erfährt der Aufnah­ mepunkt des Achszapfens 2 beim Einfedern zusätzlich eine Ablen­ kung entgegen der Fahrtrichtung nach oben und hinten, was zu einer Radstandsänderung führt, die in Fig. 2 mit ΔSW bezeich­ net ist. Die Spurweitenänderung bewirkt einen Schräglauf der Reifen, durch den unerwünschte Seitenkräfte entstehen und der die Lenkung beeinflußt. Der Geradeauslauf und der Rollwider­ stand des Reifens verschlechtern sich merklich. Durch Rad­ standsänderungen entstehen Kräfte in Längsrichtung, die auf das Fahrverhalten negativ einwirken.

Nachteilig ist auch der große Platzbedarf der Mc-Pherson-Feder­ bein-Radaufhängung, der durch die Schraubenfeder und den übli­ cherweise innerhalb der Feder liegenden Stoßdämpfer verursacht wird. Die Feder muß so ausgelegt sein, daß sie linear den kom­ pletten Weg zum Ein- und Ausfedern des Rades zur Verfügung stellen kann und beansprucht deshalb viel Platz, der entweder im Motorraum oder im Fahrgast- bzw. Kofferraum verlorengeht.

Zum Stand der Technik gehören auch Längslenkeraufhängungen, die beispielsweise für Motorräder oder an Anhängern bzw. Wohnwagen­ achsen realisiert werden. Eine schematische Darstellung einer Längslenkeraufhängung zeigt Fig. 3 in einer Seitenansicht. Die Aufhängung besitzt einen Lenker L der an einem Ende an der Karosserie oder dem Fahrzeugrahmen einen Aufhängungspunkt 1 als Anlenkung besitzt und der an seinem anderen Ende einen Achszap­ fen 2 zur Radaufnahme trägt. Der Lenker L schwenkt beim Einfe­ dern um den Anlenkpunkt 1 mit dem Radius L, wobei der Achszap­ fen 2 eine Bewegung nach 2' erfährt, die mit einer erheblichen Radstandsänderung ΔSW verbunden ist. Es ist offensichtlich, daß solche Radstandsänderungen das Fahrverhalten von Zweirädern erheblich beeinflussen. Zum Teil noch gravierendere Probleme ergeben sich bei Längslenkeraufhängungen an Anhängern, die ein­ seitig stärker belastet sind, wie dies z. B. bei Wohnwagen durch Küchen- und Schrankaufbauten oder auch bei Anhängern im Falle einer ungleichmäßigen Beladung vorkommt. Eine Anhängerseite federt durch die dort höhere Kraft stärker ein als die andere, weniger belastete Seite, wodurch sich quer zur Fahrtrichtung unterschiedliche Radstellungen ergeben, die insbesondere bei sogenannten Tandemachsen zu einem mangelhaften Nachlaufverhal­ ten und erhöhtem Reifenverschleiß am Anhänger führen.

Ähnliche Probleme ergeben sich auch bei anderen Radaufhängun­ gen, die infolge der verwendeten Führungsgetriebe Änderungen der Spurweite sowie des Radstandes in Kauf nehmen müssen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radaufhängung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der Spurweiten- und Radstandsänderungen zumindest weitgehend vermieden werden. Vor­ zugsweise soll eine Radaufhängung geschaffen werden, die einen platzsparenden Aufbau besitzt.

Diese Aufgabe wird durch die Radaufhängung nach Anspruch 1 gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß das Führungsgetriebe 3 derart miteinander gelenkig verbundene Hebel aufweist, daß der Achszapfen beim Ein- und Ausfedern des Rades durch die gewählten Hebelarmlängen und Anlenkungspunkte aus­ schließlich auf einer vertikal im Raum angeordneten Geraden geführt wird. Der Aufbau und die Wirkung des erfindungsgemäßen Führungsgetriebes ist anhand der Fig. 4 und 5 ersichtlich.

Beide Ausführungsformen besitzen jeweils drei Hebel, die derart aneinander angelenkt sind, daß bei ortsfest gewählten Anlenk­ punkten 14 und 15 bzw. 24 und 25 der Kopplungspunkt 11 oder 21 eine Kurvenbahn K durchlaufen könnte. Da jedoch der maximal zulässige Weg, um die das Rad einfedern kann, durch die Grenz­ punkte 11, 11' bzw. 21 und 21' begrenzt ist, wird von der Kurve K beim Einfedern nur der zwischen den genannten Punkten liegende Teil vom Achszapfen durchlaufen, d. h., der Achszapfen wird ausschließlich auf einer vertikal im Raum angeordneten Geraden geführt.

Mit der gewählten erfindungsgemäßen Konstruktion ist es mög­ lich, den Radsturz und die Vorspur als gewollte Achsgeometrie­ werte durch die Konstruktion des Fahrzeuges fest vorzuwählen bzw. auf einen optimalen Wert einzustellen, wobei beim Einfe­ dern des Rades durch die gewählten drei Hebel und deren Anlen­ kungen und Anordnungen zueinander keine weiteren Spur- oder Radstandsänderungen ausgelöst werden.

In dem in Fig. 4 dargestellten skizzenhaften Ausführungsbei­ spiel ist ein Kurbellenker 16 mit seinem Endpunkt 14 und eine Schubstütze 17 mit ihrem Endpunkt 15 an einer Karosserie oder einem Rahmen des Fahrzeuges angelenkt, wobei die Anlenkungs­ punkte 14 und 15 einen Abstand D besitzen. Die Längen der Schubstütze 17 und des Kurbellenkers 16 sind mit C und B bezeichnet. Der Kurbellenker 16 ist mit seinem Anlenkungs­ punkt 13 gelenkig mit einer Schwinge 18 verbunden, die endsei­ tig einen Achszapfen 11 für die Radaufnahme aufweist und die mittig am Anlenkungspunkt 12 mit der Schubstütze gelenkig ver­ bunden ist. Im vorliegenden skizzierten Beispiel ist die Länge C = A/2. Als gewählte Längenmaße ergeben sich weiter für B = 0,25 × C und für D 0,75 × C. Die Positionen 11 und 11' stellen die realistischerweise anzunehmenden Endpunkte des maximal bei dem betreffenden Kraftfahrzeug bzw. Rad möglichen Einfederungsweg dar, so daß konstruktionsbedingt ein Achszapfen in entsprechender Weise nur den geradlinig bzw. im wesentlichen geradlinigen Teil der Kurve K durchläuft.

Entsprechendes gilt für ein geringfügig abgewandeltes Führungs­ getriebe nach Fig. 5, bei dem die Anlenkungspunkte 24 und 25 mit einem Abstand D unveränderbar (lagefest) an der Karosserie bzw. dem Fahrzeugrahmen gewählt werden. Die Schwinge 26 und die Schubstütze 27 sind mit ihren beiden anderen Seiten über Anlen­ kungspunkte 22 und 23 mit einem Kurbellenker 28 verbunden, der mittig den Achszapfen 21 trägt. Die Längen A der Schwinge 26 und der Schubstütze 27 sind jeweils gleich groß, wohingegen die Länge des Kurbellenkers 28 wesentlich kürzer ist und im Ausfüh­ rungsbeispiel nur 0,25 × A beträgt. D hat eine Länge von 0,75 × A. Auch hier ist der realistischerweise maximal zuläs­ sige Einfederweg des Rades durch Grenzpunkte 21 bzw. 21' fest­ gelegt, so daß bei tatsächlich vorkommenden Einfedervorgängen der Achszapfen nur lineare Vertikalbewegungen ausführt.

Weiterentwicklungen der erfindungsgemäßen Radaufhängung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So stellen die Ausführungsformen nach Anspruch 2 und Anspruch 3 alternative Lösungsformen dar, wobei die Konstruktion nach Anspruch 2 insbesondere für eine Hinterradschwinge eines Motor­ rades und die Ausführungsform nach Anspruch 3 insbesondere für Pkw-Radführungen geeignet ist.

Im erstgenannten Fall weist das Führungsgetriebe eine Schwinge mit einer Länge A auf, die endseitig den Achszapfen für die Radnabe trägt und die an ihrem anderen Ende mit einem Kurbel­ lenker gelenkig verbunden ist, dessen anderes Ende an einem Karosserieteil des Fahrzeuges angelenkt ist. Die Schwinge ist weiterhin mittig mit einer Schubstütze gelenkig verbunden, deren anderes Ende ebenfalls an einem Karosserieteil, jedoch beabstandet zu dem Anlenkpunkt des Kurbellenkers, angelenkt ist, wobei die Länge der Schubstütze C = A/2 beträgt, die Länge B des Kurbellenkers deutlich kleiner als die Länge C der Schubstütze gewählt wird, wobei vorzugsweise B = C/4 beträgt und der Abstand der Anlenkpunkte des Kurbellenkers und der Schubstütze an der Karosserie kleiner ist als die Länge der Schubstütze C, vorzugsweise beträgt der Abstand 0,75 × C.

Alternativ hierzu besitzt das Führungsgetriebe eine Schubstütze und eine Schwinge, die eine identische Länge A aufweisen und deren erstes Ende mit einem Karosserieteil gelenkig verbunden ist, wobei die Anlenkungspunkte an dem Karosserieteil beabstan­ det liegen, vorzugsweise in einem Abstand D = 0,75 × A. Die jeweils zweiten Enden der Schubstütze und der Schwinge sind mit den Enden eines Kurbellenkers gelenkig verbunden, der mittig den Achszapfen für die Radnabe trägt, wobei die Schubstütze und die Schwinge in einer Draufsicht betrachtet kreuzweise zueinan­ derstehen und wobei die Länge des Kurbellenkers deutlich klei­ ner ist als die Länge der Schwinge und der Schubstütze c, wobei die kleinere Länge vorzugsweise = 0,25 × A beträgt.

Wird die Anlenkung der Schubstütze an der Schwinge oder an dem Kurbellenker als Kugelgelenk ausgebildet, kann zusätzlich eine Einlenkbewegung des Achszapfens ermöglicht werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Radaufhängung auch ähnlich einer Doppelquerlenkerauf­ hängung derart realisiert werden, daß zwei Führungsgetriebe der vorbeschriebenen Art über einen Zapfen gelenkig miteinander verbunden sind und wobei der genannte Zapfen den Achszapfen für die Radnabe trägt.

Vorzugsweise können in den Drehgelenken Federungselemente wie Drehstabfedern integriert sein, wodurch eine platzsparende Bau­ weise erreicht wird.

Konkrete Ausführungsbeispiele der vorbeschriebenen Erfindung sind in den Fig. 6 bis 8 dargestellt, die im folgenden näher beschrieben werden.

Ein nach dem schematischen Aufbau gemäß Fig. 5 realisiertes Ausführungsbeispiel in Form einer Pkw-Radführung zeigt Fig. 6. Das wesentliche Element dieser Radführung ist der Kurbellen­ ker 33, an dem mittig der Achszapfen 34 befestigt ist. Dieser Achszapfen dient zur Aufnahme der Radnabe. Der Kurbellenker 33 besitzt jeweils endseitig Anlenkungspunkte 35, die auch als Drehgelenke (Kugelgelenke) ausgeführt werden können. An dem unteren Gelenk 35 ist die Schwinge 31 befestigt, die schräg nach oben läuft und an deren anderem Ende wiederum ein Dreh­ punkt 36 angebracht ist. An dem oberen Drehpunkt 35 ist die Schubstütze 32 befestigt, die schräg von oben nach unten ver­ läuft und die an ihrem anderen Ende über Gelenk 36 ebenfalls mit der Karosserie befestigt ist. Beim Einfedern des Rades bewegt sich der Achszapfen 34 ausschließlich in Z-Richtung, während der Kurbellenker 33 eine Schwenkbewegung in Richtung des Pfeiles 37 um die Y-Achse ausführt.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß sich beim Einsatz dieser Radaufhängung an einer Pkw-Vorderachse mit zunehmender Einfederung der Nachlauf vergrößert. Bei Kraftfahr­ zeugen entsteht bei höheren Geschwindigkeiten durch den Luft­ druck eine Anpressung der Karosserie in Richtung Fahrbahn und damit die entsprechende Einfederung. Die Vergrößerung des Nach­ laufes bei einer solchen Einfederung verbessert die Fahrstabi­ lität. Dies bedeutet, daß bei geringen Geschwindigkeiten, wie sie in Kurvenfahrten gewählt werden, ein entsprechend geringe­ rer Nachlauf vorliegt, der ein gutes Handling des Kraftfahrzeu­ ges ermöglicht, wohingegen der bei hohen Geschwindigkeiten erzeugte größere Nachlauf eine größere Laufruhe bewirkt. Dieser größere Nachlauf wird durch die bei zunehmender Einfederung verursachte größere Neigung des Kurbellenkers 33 verursacht. Verwendet man Kugelgelenke 35, kann zusätzlich eine Einlenkbe­ wegung des Achszapfens ermöglicht werden, so daß das darge­ stellte Ausführungsbeispiel als Vorderradaufhängung von Perso­ nenkraftwagen, Nutzkraftwagen oder Motorrädern nutzbar ist.

In dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Hinterradschwinge eines Motorrades dargestellt. Dieses Füh­ rungsgetriebe besitzt eine Schwinge 41, eine Schubstütze 42 und einen Kurbellenker 43. Der Achszapfen 44 ist am Ende der Schwinge 41 befestigt. Die Schubstütze 42 ist mit ihrem einen Ende mit einer Bohrung 45 versehen, die zur Aufnahme eines Bol­ zens, der durch entsprechende Bohrungen des Befestigungswin­ kel 46 geführt ist, so daß eine obere Gelenkverbindung 45, 46 geschaffen wird. An ihrem anderen Ende ist die Schubstütze 42 U-förmig ausgebildet und kann über eine entsprechende Bolzen­ verbindung mit der Schwinge 41 unter Ausbildung eines Drehge­ lenkes 47 befestigt werden. Die Schwinge besitzt an ihrem wei­ teren Ende eine Anlenkung 48 an den U-profilartigen Kurbellen­ ker 43, der an seinem oberen Ende über eine entsprechende Boh­ rung 49 mit entsprechenden Befestigungswinkeln 50 ein Drehge­ lenk ausbildet. Auftretende Kräfte werden somit über die Schwinge 41, an der die Schubstütze 42 drehbar angebracht ist, in den Kurbellenker 43 eingeleitet. Dieser Kurbellenker wird hierdurch in eine starke Drehbewegung versetzt, während sowohl die Schwinge 41 als auch die Schubstütze 42 nur geringe Schwenkwinkel vollziehen. Der Achszapfen 44 führt hierbei aus­ schließlich Bewegungen in Z-Richtung aus, so daß keine Rad­ standsänderungen (und bei Verwendung in mehrspurigen Fahrzeugen auch keine Spurweitenveränderungen) eintreten können. Ähnlich wie in dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel kann auch in diesem Ausführungsbeispiel der Kurbellenker 43 erheb­ lich größere Schwenkwinkel durchlaufen, während die Schubstütze 42 nur kleine Winkelbewegungen beim Einfedern aus­ führt.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Führungsgetriebe entsprechend der zu Fig. 7 beschriebenen Art miteinander kombiniert werden. Der Achszapfen 54 befindet sich in diesem Fall an einem bolzenartig ausgebildeten Träger 55, der endseitig (oben und unten) kugelige Aufnahmen 57 besitzt. Hierdurch werden zusätzliche Lenkbewegungen des Achszapfens ermöglicht. Im übrigen besteht diese Aufhängung aus den beiden Schwingen 51, den Schubstützen 52, den Kurbellenkern 53, die in entsprechenden Befestigungswinkeln 56 drehbar am Fahrzeugrahmen oder der Karosserie angelenkt sind. Entsprechendes gilt für den Befestigungswinkel 56 sowie für die Drehgelenke 58 analog zur Beschreibung nach Fig. 7.

Claims (6)

1. Radaufhängung für ein- oder mehrspurige Fahrzeuge mit einem einen Achszapfen (34, 44, 54) zur Radaufnahme auf­ weisenden Führungsgetriebe, das mehrere gelenkig miteinan­ der verbundene Glieder aufweist, von denen mindestens eines endseitig an einem Karosserieteil befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgetriebe drei derart miteinander gelenkig verbundene Hebel (16, 17, 18; 26, 27, 28; 31, 32, 33; 41, 42, 43; 51, 52, 53) aufweist, daß der Achszapfen beim Ein- und Ausfedern des Rades durch die gewählten Hebelarmlängen und Anlenkungspunkte (12 bis 15; 22 bis 25; 35, 36; 45 bis 50; 56, 58) ausschließlich auf einer vertikal im Raum angeordneten Geraden geführt wird.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgetriebe eine Schwinge (18, 41) mit einer Länge (A) aufweist, die endseitig den Achszapfen (11, 44) trägt und an ihrem anderen Ende mit einem Kurbellen­ ker (16, 43) gelenkig verbunden ist, dessen anderes Ende an einem Karosserieteil des Fahrzeuges angelenkt ist, daß die Schwinge (18, 41) mittig mit einer Schubstütze (17, 42) gelenkig verbunden ist, deren anderes Ende ebenfalls an einem Karosserieteil, jedoch beabstandet zu dem Anlenk­ punkt des Kurbellenkers angelenkt ist, daß die Länge der Schubstütze C = A/2 beträgt, daß die Länge (B) des Kurbel­ lenkers (16, 43) deutlich kleiner als die Länge der Schubstütze (17, 42) gewählt wird, vorzugsweise B = C/4 und daß der Abstand der Anlenkpunkte des Kurbellenkers und der Schubstütze an der Karosserie kleiner ist als die Länge der Schubstütze, vorzugsweise 0,75 × C beträgt.

3. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgetriebe eine Schubstütze (26, 32) und eine Schwinge (27, 31) besitzt, die eine identische Länge (A) aufweisen und deren erstes Ende mit einem Karosserieteil gelenkig verbunden ist, wobei die Anlenkungspunkte an dem Karosserieteil beabstandet liegen, vorzugsweise mit einem Abstand D = 0,75 × A, und daß die jeweils zweiten Enden der Schubstütze und der Schwinge mit den Enden eines Kur­ bellenkers (28, 33) gelenkig verbunden sind, der mittig den Achszapfen (21, 34) trägt, wobei die Schubstütze und die Schwinge in einer Draufsicht betrachtet, kreuzweise zueinanderstehen und wobei die Länge des Kurbellenkers deutlich kleiner als die Länge der Schwinge und der Schubstütze ist, vorzugsweise 0,25 × A beträgt.

4. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlenkung der Schubstütze an der Schwinge oder an dem Kurbellenker als Kugelgelenk ausge­ bildet ist.

5. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch zwei Führungsgetriebe, die über einen Zap­ fen (55) gelenkig miteinander verbunden sind, der den Achszapfen (54) trägt.

6. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Drehgelenken Federungselemente, vorzugsweise Drehstabfedern integriert sind.