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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der Bodenhaftung
von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Straßenrennwagen.
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Am
bekanntesten dürften
dabei Luftleiteinrichtungen in Form von Spoilern als Anbauteile
an der Fahrzeugkarosserie sein, mit deren Hilfe sich die Aerodynamik
beeinflussen lässt.
Mit diesen Spoilern, die gewöhnlich
vorn und/oder hinten und/oder seitlich an der Karosserie angeordnet
werden, wird der sogenannte Auftrieb, der je nach Karosserieform
bei höheren
Geschwindigkeiten entstehen kann, bekämpft.
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Auf
diese Weise soll verhindert werden, dass die Reifenaufstandskraft
sich soweit verringert, dass nicht mehr ausreichend Seitenführungskräfte zur Verfügung stehen,
das Fahrzeug also nicht mehr richtungsstabil ist.
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Dabei
wird ein Kompromiss gesucht zwischen ausreichender Abtriebswirkung
und günstigem Luftwiderstand.
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Eine
andere Entwicklungsrichtung wurde mit der
DE 34 10 296 A1 aufgezeigt.
Die hier vorgeschlagene Vorrichtung zur Verbesserung der Bodenhaftung
eines Fahrzeuges umfasst ein an dem Fahrzeug parallel zur Fahrtrichtung
angebrachtes, vorn und hinten sowie zum Boden offenes, kasteförmiges Gehäuse, bei
dem wenigstens eine Seitenwand als Tragflügelprofil ausgebildet ist,
so dass eine Strömungskanal
mit einer Engstelle entsteht, in der sich ein Unterdruck bil det,
durch den das Fahrzeug gegen die Fahrbahnoberfläche gezogen wird. Eine ähnliche Lösung wird
in der
DE 102 13 428
A1 beschrieben. Die strömende
Luft wird hier seitlich abgeleitet.
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Es
wäre sicher
falsch zu sagen, dass mit der Anordnung insbesondere der Spoiler
keine Verbesserung der Bodenhaftung erreicht worden wäre. Nachteilig
ist aber, dass die Spoilerkräfte über die
Karosserie und dann über
eine gelenkige Verbindung (Radaufhängung) zu den Rädern übertragen
werden muss.
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Die
Räder sind
aber bei Kurvenfahrten oder dem Überfahren
von Unebenheiten und insbesondere bei großen Geschwindigkeiten völlig unterschiedlich
aufgrund der Geometrie der Radaufhängung und der Federung belastet.
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Der
o.a. Kompromiss zwischen Abtriebswirkung und Luftwiderstand findet
somit hier noch eine Fortsetzung.
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Mit
der
EP 1 165 334 B1 =
DE 601 00 184 T2 wird
eine Radaufhängung
für ein
Fahrzeug vorgesehen, welche linke und rechte obere und untere Aufhängungskomponenten
für linke
und rechte Räder zur
Bodenhaftung und zur Fahrt auf einer Straßenoberfläche besitzt. Jede der Aufhängungskomponenten
ist so angeordnet, dass sie eine begrenzte Aufwärts- und Abwärtsbewegung
des entsprechenden Rades relativ zu dem Fahrzeug-Fahrwerk zulässt, wobei
die obere Aufhängungs-Komponente auf einer Seite
des Fahrzeuges unabhängig
von den unteren Aufhängungs-Komponenten
mit der oberen Aufhängungskomponente
auf der anderen Seite des Fahrzeuges querverbunden ist. Die Querverbindung
wird jeweils durch eine diagonale mechanische Verbindung zwischen
einem oberen Bereich der oberen Aufhängungs-Komponente auf einer
Seite und einem entsprechenden oberen Bereich der oberen Aufhängungs-Komponente
auf der anderen Seite über
eine Verbin dungsstange und eine versetzte Schwenkwellenanordnung
realisiert.
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Bei
herkömmlichen
Reifen soll so erreicht werden, dass jedes Rad in einer Position
zwangsläufig
begrenzt wird, in der es im wesentlichen senkrecht steht, d. h.
senkrecht zu der Straßenoberfläche oder mit
einer geringen Abweichung von wenigen Graden in Bezug auf die Senkrechte.
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Nachteilig
bei dieser Lösung
sind die Abhängigkeiten
zwischen den Rädern
infolge der diagonalen Verbindungsstangen. Hinzu tritt, dass diese
Art der Radaufhängung
letztlich nur eine zwangsweise sich verändernde Einstellungsgröße aufweist,
nämlich
den Lagerpunkt eines Querlenkers (Aufhängungsarmes) gegenüber der
Karosserie.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine gleichmäßige Reifenauflagefläche auf
der Fahrbahn bei gleichmäßiger Flächenpressung
zu erzielen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit dem Anspruch 1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind
Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist zur
Verbesserung der Bodenhaftung von Kraftfahrzeugen und damit zur Stabilisierung
der Fahrzeugbewegung eine Radaufhängung vorgesehen umfassend
Querlenker, die jeweils an 2 Drehpunkten (a, b) gelagert das Fahrgestell
(Rahmen, Karosserie) mit dem Radträger verbinden, wobei mindestens
zwei Querlenker pro Rad beabstandet voneinander angeordnet sind,
von denen mindestens ein Querlenker einen lageverstellbaren und
feststellbaren Drehpunkt (a oder b) aufweist und einer der Querlenker
zur Gewährleistung
der Stabilität
der Radaufhängung
ausschließlich schwenkbar
um eine Achse am Fahrgestell und eine Achse am Radträger ist.
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Wenn
der Radträger
einen Achsschenkelhalter und einen Achsschenkel aufweist, ist bei
einer gelenkten Achse vorteilhafterweise vorgesehen, dass Querlenker
beabstandet voneinander mit dem Achsschenkelhalter verbunden sind,
und mindestens ein Querlenker einen lageverstellbaren und feststellbaren
Drehpunkt (a oder b) besitzt.
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Bei
einer ungelenkten Achse ist mindestens ein Querlenker mit dem Achsschenkelhalter
und mindestens ein Querlenker mit dem Achsschenkel verbunden, wobei
ein Querlenker einen lageverstellbaren und feststellbaren Drehpunkt
(a oder b) aufweist, vorzugsweise ein mit dem Achsschenkel verbundener
Querlenker.
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Die
Lageverstellung der Drehpunkte (a oder b) ist in mindestens eine
Koordinatenrichtung, vorzugsweise in drei Koordinatenrichtungen
(x, y, z) vorgesehen.
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Im
Kern geht es darum, den Drehpunkt und die Querlenkerlänge unter
Beibehaltung der Ruhestellung des Rades zu verstellen oder anders
gesagt, der Schwenkradius beim Ein- bzw. Ausfedern wird verändert ohne
Veränderung
des Radsturzes.
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Diese
vorgesehenen Verstellmöglichkeiten lassen
eine optimale Radpositionierung unter Beachtung der Fahrbahnverhältnisse,
der Maximalgeschwindigkeit, der Bereifung usw., derart zu, dass
die Reifen eine maximal flächige
Bodenauflage und damit den vollen Grip erreichen.
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Eine
derartige Einstellung kann vor Fahrtbeginn vorgenommen werden, ist
bei Rennwagen auch bei Boxenstops korrigierbar und lässt sich
künftig auch
elektronisch gesteuert vornehmen.
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In
einer bevorzugten Ausführung
sind die lageverstellbaren Drehpunkte (a oder b) fahrgestellseitig
angeordnet.
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Ein
einer weiteren Ausführung
ist vorgesehen, dass fahrgestellseitig ein gegenüber dem Fahrgestell drehbar-
und feststellbarer Teller angeordnet ist, der gelenkig mit den Querlenkern
an oder im Bereich der Drehpunkte (a) verbunden ist, so dass die Verdrehung
des Tellers eine gleichzeitige Lageveränderung vorzugsweise aller
Drehpunkte der Querlenker gegenüber
dem Fahrgestell bewirkt. Der Teller kann dazu eine Außenverzahnung
aufweisen, in die ein Ritzel zur Verdrehung eingreift.
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Diese
Ausführung
ist besonders günstig
bei Geländefahrzeugen,
um optimal auf Bodenwellen zu reagieren, kann aber auch Bedeutung
bei Neigungsbewegungen beim Bremsen erlangen.
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Die
beschriebene Querlenkerverstellung lässt sich sinnvoll mit weiteren
Maßnahmen
zur Erhöhung
der Fahrstabilität
kombinieren.
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Insbesondere
betrifft dies die Kombination mit Luftleiteinrichtungen, vorzugsweise
in Flügelform, die
an den Querlenkern und/oder Achsschenkeln des Fahrwerkes und/oder
den Radfelgen angeordnet sind, mittels derer eine Kraftwirkung in
Richtung Fahrbahn auf die Räder
und/oder die Radaufhängungen
erzeugbar ist. Dabei kann die Anstellung der Luftleiteinrichtung
veränderbar
sein.
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Möglich ist
es auch, einen oder mehrere Abschnitte eines oder mehrerer Querlenker
pro Radaufhängungen
als Luftleiteinrichtung geformt auszubilden.
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Spezielle
Federanordnungen, insbesondere bei Renn- oder Geländefahrzeugen,
sind weiter geeignet, die Möglichkeiten
der Querlenkereinstellung weiter zu optimieren
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Die
Anordnung und Einstellung der Querlenker soll an Ausführungsbeispielen
erläutert
werden. Es zeigen:
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1 die
Querlenkeranordnung mit gelenkten Achse,
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2 mit
ungelenkter Achse,
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3 einen
möglichen
Verstellmechanismus für
den Drehpunkt,
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4 ein
gleichzeitige Querlenkerverstellung,
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5 die
Kombination mit Luftleiteinrichtungen und
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6 die
Kombination mit einer speziellen Abfederung.
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Die 1 und 2 zeigen
eine Radaufhängung
einmal mit lenkbarem Rad 4 und einmal mit nicht lenkbarem
Rad 4. In beiden Fällen
kommen ein Radträger 3 mit
Achsschenkelhalter 3.1 und Achsschenkel 3.2 zum
Einsatz sowie Querlenker 1, 2 die jeweils an 2
Dreh- oder Schwenkpunkten (a, b) gelagert sind.
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Bei
einer gelenkten Achse gemäß 1 sind die
Querlenker 1, 2 beabstandet voneinander mit dem
Achsschenkelhalter 3.1 verbunden, wobei der Querlenker 1 einen
lageverstellbaren und feststellbaren Drehpunkt (a) besitzt. Anstelle
des hier fahrwerksseitig zusammengeführten Querlenkers 1 können wie
in 2 auch 2 Querlenker 1.1 und 1.2 in Form
von Einzelstreben eingesetzt werden und jeder Querlenker 1.1 und 1.2 einen
lageverstellbaren und feststellbaren Drehpunkt (a) besitzen.
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Bei
der ungelenkten Achse gemäß 2 sind
ein Querlenker 2 mit dem Achsschenkelhalter 3.1 und
zwei Querlenker 1.1 und 1.2 mit dem Achsschenkel 3.2 verbunden,
wobei die Querlenker 1.1 und 1.2 einen lageverstellbaren
und feststellbaren Drehpunkt a aufweisen.
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Die
lageverstellbaren Drehpunkte (a) sind in mindestens eine Koordinatenrichtung,
vorzugsweise in drei Koordinatenrichtungen (x, y, z) lageverstellbar.
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Jeweils
der untere Querlenker 2 ist zur Gewährleistung der Stabilität der Radaufhängung ausschließlich schwenkbar
um eine Achse 5.1 am Fahrgestell und eine Achse 3.3 am
Achsschenkelhalter 3.1 gelagert.
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In
der Detailansicht in 3 wird eine Möglichkeit
der Lageverstellung des Drehpunktes (a) der jeweiligen Querlenker 1, 2 aufgezeigt.
Die Lageverstellung erfolgt hier in der Koordinatenebene (x-z). Durch
die Verwendung eines drehbaren Schneckenrades 12, das sich
in einem Fuß 16 abstützt und
mit der auf dem Fuß 16 verschiebbaren
Zahnstange 13 kämmt,
an der der Querlenker 1.1 über einen verstellbaren Gelenkschaft 14 mit
einem Kugelgelenk 15 befestigt ist, lässt sich bei gleichzeitiger
Verstellung des Gelenkschaftes 14 und der Zahnstange 13 der
Drehpunkt (a) lageverstellen, so dass sich der Schwenkradius des
Querlenkers 1.1 verändert
und damit die Radstellung im Falle des Ein- oder Ausfederns des Rades 4.
Zur Verstellung kann ein Werkzeug genutzt werden, das gleichzeitig
das Schneckenrad 12 und den Gelenkschaft 14 verdreht.
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Natürlich ist
grundsätzlich
auch eine Verstellung bei konstanter Querlenkerlänge möglich und eine zusätzliche
Verstellung in den anderen Koordinatenebenen.
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Diese
Verstellmöglichkeiten
sind kombinierbar für
jeden einzelnen Drehpunkt (a), der lageverstellbar ausgebildet ist.
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4 zeigt
eine Ausführung,
bei der fahrgestellseitig ein gegenüber dem Fahrgestell 5 drehbar- und
feststellbarer Teller 6 angeordnet ist, der gelenkig mit
den Querlenkern 1, 2 an den Drehpunkten (a) verbunden
ist, so dass die Verdrehung des Tellers 6 eine gleichzeitige
Lageveränderung
aller Drehpunkte (a) der Querlenker 1, 2 gegenüber dem
Fahrgestell 5 bewirkt. Die beiden Ansichten beziehen sich
dabei auf die Querlenkeranordnungen gemäß den 1 und 2.
Der Teller 6 kann eine Außenverzahnung aufweisen, die
mit einem Ritzel 7 kämmt,
so dass über
den Ritzelantrieb die Querlenkerverstellung erfolgt. Anstelle der
hier genannten Tellerform sind auch andere Konstruktionen möglich, die
zur Anbindung und gemeinsamen Verstellung der Querlenker 1, 2 dienen.
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5 zeigt
eine vorteilhafte Kombination der erfindungsgemäß angeordneten Querlenker 1.1, 2.1 mit
Luftleiteinrichtungen 8, die hier nicht nur auf den Querlenkern 1.1, 2.1 sondern
auch am Radträger 3 und
der Felge angeordnet sind. Der aus der Fahrrichtung kommende Luftstrom
erzeugt eine Kraftkomponente F, die in Richtung Fahrbahn 11 wirkt
und so das Rad 4 auf die Fahrbahn 11 drückt. Die
Wirkung tritt unabhängig
von der Lageposition der Karosserie 5 auf. Da in einer
Kurvenfahrt die Karosserie 5 sich auf einer Seite zur Seite
neigt, und auf der anderen anhebt, tritt auf dieser angehobenen
Seite sogar eine Verstärkung
des Luftstromes ein. Die sich infolge der Seitenneigung verringernde
Reifenaufstandskraft (Federentlastung) wird durch die erhöhte Kraftwirkung
des Luftstromes in Fahrbahnrichtung ausgeglichen. Eine Verminderung
der Bodenhaftung und damit der Seitenführungskräfte der Reifen wird verhindert.
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Dieser
Effekt wird durch eine schräge
Anstellung der Luftleiteinrichtungen bezogen auf eine senkrechte
Ebene zur Fahrtrichtungsebene verstärkt. So schräg kann die
Luftleiteinrichtung 1 insgesamt angeordnet sein, ein Teil
davon oder ein zusätzlicher Aufsatz 8.1.
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Ein
zusätzlicher
Aufsatz 8.1 ist von besonderer Bedeutung, wenn die Querlenker 1.1 und/oder 2.1 als
Luftleiteinrichtung 8 ausgebildet sind. In 3 wird
dies angedeutet. Mit dieser Ausstattung wird somit nicht nur die
optimale Radposition in Bezug auf die Reifenauflagefläche als
Folge der Querlenkeranordnung gewährleistet, sondern zusätzlich die
Bodenhaftung verbessert.
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6 zeigt
die Verwendung einer vorteilhaft ausgebildeten Abfederung der Räder 4 gegenüber der
Karosserie.
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So
ist bei dieser Ausführung
eine Abfederung der Fahrzeugachse 1, 2, 3 gegenüber der
Fahrzeugkarosserie 5 vorgesehen, die derart ausgeführt ist,
dass die Masse der Fahrzeugkarosserie 5 in Ruhestellung
und beim Einfedern durch eine weiche Feder 9 mit einer
maximalen Federlänge
(LFW) und einer harten Feder 10 mit einer maximalen Federlänge (LFH)
abgefedert ist, wobei der Federweg (f) der beiden Federn 9, 10 beim
Einfedern jeweils ungleich 0 ist, sich die Federkraft beim Einfedern
bei beiden Federn 9, 10 erhöht und da die maximale Federlänge (LFW)
der weichen Feder 9 im entspannten Zustand größer ist
als die maximale Federlänge
(LFH) der harten Feder 10 im entspannten Zustand beim Ausfedern
die Federwirkung der harten Feder 10 beim Überschreiten
der maximalen Federlänge
(LFH) (f = 0) aussetzt und auf die Fahrzeugachse ausschließlich eine
Ausfederkraft von der weichen Feder 9 ausgeht.
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Mit
dieser zusätzlichen
Anordnung ist es möglich,
im Vergleich zur herkömmlichen
Abfederung kürzere
und härtere Federn
einzusetzen, gleichzeitig aber über
die Federlänge
der harten Feder (LFH) deutlich hinausgehende Federstangenlängen zu
nutzen und so zusätzlich
ein Hochheben (Hochspringen) des Rades/Fahrzeuges zu verhindern.
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- 1
- Querlenker
- 1.1
- oberer
Querlenker
- 1.2
- oberer
Querlenker
- 2
- Querlenker
- 3
- Radträger (flächig zu
Anbindung der Querlenker ausgebildeter Achsschenkel)
- 3.1
- Achsschenkelhalter
- 3.2
- Achsschenkel
- 3.3
- Schwenkachse
- 4
- Rad
- 5
- Fahrgestell
(Rahmen und/oder Karosserie bei rahmenlosen Fahrzeugen)
- 5.1
- Schwenkachse
- 6
- Teller,
an dem die Querlenker gelenkig angeordnet sind
- 7
- Ritzel
- 8
- Luftleiteinrichtung
- 8.1
- zur
Seite schräg
gestellter Aufsatz als weitere Luftleiteinrichtung
- 9
- weiche
Feder
- 10
- harte
Feder oder auch progressive Feder
- 11
- Fahrbahn
- 12
- Schneckenrad
- 13
- Zahnstange
- 14
- Gelenkschaft
- 15
- Kugelgelenk
- a
- Lageverstellbarer
Drehpunkt der Querlenker
- b
- Drehpunkt
der Querlenker