DE3912520A1 - Hinterachse fuer ein kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hinterachse für ein Kraft­ fahrzeug, bei der jedes Hinterrad auf einem Achsschenkel gelagert ist, welcher zur Ermöglichung einer Lenkbewe­ gung schwenkbar an einem Lenker befestigt ist und einen Spurhebel aufweist, an welchem ein Stellglied angreift.

Eine solche Hinterachse ist Gegenstand der DE-OS 31 39 792.

Bei der bekannten Hinterachse dient als Stellglied zum Verschwenken jedes Achsschenkels jeweils ein hydrauli­ scher Stellzylinder, welcher bei der in Fig. 3 dieser Schrift gezeigten Ausführungsform zwischen dem Lenker und einem Spurhebel des Achsschenkels angeordnet ist. Die Druckbeaufschlagung des Stellzylinders erfolgt mit­ tels einer aufwendigen Steuerung, so daß die unterschied­ lichsten Fahrzustände berücksichtigt werden können, we­ gen des relativ hohen Aufwandes kommen solche Hinter­ achsen nur für Fahrzeuge der gehobenen Preisklasse in Frage.

Die DE-OS 23 36 787 beschreibt auch schon eine Hinter­ achse, bei der die den Achsschenkel aufweisenden Lenker jeweils als Querlenker ausgebildet sind, welche zusätz­ lich zu ihrer Verschwenkbarkeit um eine horizontale Achse insgesamt geringfügig um eine im wesentlichen senk­ rechte Achse schwenken können. Dadurch sind die Hinterrä­ der in der Lage, beim Einwirken von Seitenkräften gering­ fügige Lenkbewegungen auszuführen. Das hat zur Folge, daß die Hinterräder gleichsinnig mit den Vorderrädern mitlenken, wodurch bei Kurvenfahrt einer Übersteuerungs­ tendenz entgegengewirkt wird.

Nachteilig bei der Hinterachse nach der genannten DE-OS 23 36 787 ist es, daß der durch zwei Schenkel gebildete Querlenker durch die Elastizität des vorderen Lenkerla­ gers nicht nur in eine die Räder in eine Vorspurstellung bringende Position, sondern auch in eine die Räder in eine Nachspurstellung bewegende Position schwenken kann. Dadurch ist das Fahrzeug beim Bremsen weniger richtungs­ stabil als ein Fahrzeug ohne eine solche "passive Hinter­ radlenkung".

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hinter­ achse der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Hinterräder beim Auftreten von Seitenkräften im gleichen Schwenksinn wie die Vorderräder mitlenken, ohne daß hier­ zu mit Fremdenergie zu betätigende Stellelemente erfor­ derlich sind und ohne daß dadurch beim Bremsen die Räder in eine Nachspurstellung gelangen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Achsschenkel durch eine Druckfeder gegen einen die Nachspurstellung begrenzenden Achsschenkelanschlag gehal­ ten und das Stellglied durch eine zumindest in etwa in Fahrtrichtung weisende Spurstange gebildet ist, welche mittels eines elastischen Spurstangenlagers mit dem Fahr­ zeugunterbau oder einem daran befestigten Bauteil Verbin­ dung hat und daß das elastische Lager in Längsrichtung der Spurstange nachgiebig ausgebildet ist.

Durch diese Gestaltung vermag das jeweils kurvenäußere Rad der Hinterachse im geringen Maße entgegen der Wir­ kung der Fliehkraft und damit im gleichen Sinne einzu­ schwenken wie die Vorderräder. Es kommt also zu einem gleichsinnigen Mitlenken. Dadurch ergibt sich eine ver­ besserte Fahrstabilität bei Kurvenfahrt und Fahrbahn­ wechsel. Auf glatter Fahrbahn macht sich bei der erfin­ dungsgemäßen Hinterachse positiv bemerkbar, daß die Querbeschleunigungskräfte und das Giermoment verringert werden, was wiederum zu einer höheren Fahrstabilität führt. Es lassen sich somit die gleichen Vorteile wie bei einer fremdkraftbetätigten Hinterradlenkung erzie­ len, ohne daß der bisher hierzu erforderliche Aufwand notwendig ist und ohne daß es beim Bremsen zu unerwünsch­ ten Radbewegungen kommt, wie das bei der Hinterachse ge­ mäß der DE-OS 23 36 787 der Fall ist.

Die gewünschten Lenkbewegungen der Räder der Hinterachse lassen sich auf besonders einfache Weise herbeiführen, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung das Spurstangenlager derart elastisch ist, daß bei Leergewicht des Kraftfahrzeugs die Spurstange in einer mittleren Position, bei maximalem Einfedern in eine im Vergleich hierzu geringfügig nach vorn verschobene Posi­ tion und bei maximalem Ausfedern in eine erheblich nach hinten verschobene Position gelangt.

Auch der maximale Schwenkweg der Räder beim Bremsen wäh­ rend einer Rückwärtsfahrt kann auf einfache Weise be­ grenzt werden, wenn zur Begrenzung der möglichen Schwenk­ bewegung der Hinterräder beim Bremsen während einer Rück­ wärtsfahrt ein zweiter Achsschenkelanschlag vorgesehen ist, welcher die Verschwenkbarkeit des Spurhebels gegen die Kraft der Druckfeder begrenzt.

Die maximal mögliche Verschwenkbarkeit der Hinterräder ist optimal begrenzt, wenn der zweite Achsschenkelan­ schlag den maximal möglichen Schwenkwinkel des jewei­ ligen Hinterrades auf etwa 2 Grad begrenzt.

Die Druckfeder ist optimal ausgelegt, wenn ihre Kraft so gewählt ist, daß sich bei maximaler Seitenkraft oder voller Einfederung ein Einschlagwinkel von maximal 1,5 Grad ergibt.

Konstruktiv besonders einfach ist das Spurstangenlager gestaltet, wenn es aus einer fest mit der Spurstange ver­ bundenen, liegend angeordneten Hülse und einem mit dem Fahrzeugunterbau zu verbindenden Lagerkern besteht, wel­ cher durch ein Elastomerteil mit der Hülse verbunden ist und wenn bei Leergewicht des Kraftfahrzeugs innerhalb der Hülse zwischen der Hülse und dem Elastomerteil in Fahrtrichtung gesehen vor dem Elastomerteil eine relativ große Aussparung und hinter dem Elastomerteil eine rela­ tiv kleine Aussparung vorgesehen ist.

Die erforderliche Verschiebung der Spurstange um einen kleinen Betrag nach vorn und um einen relativ großen Betrag nach hinten kann auf einfache Weise erreicht werden, wenn der Lagerkern im Querschnitt die Form eines Ovals hat, dessen größerer Durchmesser quer zur Spur­ stange verläuft.

Grundsätzlich ist die Erfindung bei sehr unterschiedlich ausgebildeten Hinterachsen anwendbar. Besonders vorteil­ haft ist es jedoch, wenn die jeweils einen Achsschenkel tragenden Lenker Teil einer Verbundlenkerachse sind. Eine solche Hinterachse ist besonders kostengünstig herzustellen. Eine übliche Verbundlenkerachse kann ohne Änderungen am Fahrzeugunterbau in die erfindungsgemäße Hinterachse umgewandelt werden, so daß sich mit sehr geringem Abstand an Kosten ein größstmöglicher Gewinn an Fahrsicherheit erzielen läßt.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. In ihr zeigt die

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer er­ findungsgemäßen Hinterachse,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine rechte Hälfte der Hinterachse nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Hinterachse im Be­ reich des Achsschenkels entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch ein Spur­ stangenlager der Hinterachse in einer sich bei unbelastetem Fahrzeug ergebenden Stel­ lung,

Fig. 5 das Spurstangenlager in einer sich bei maximaler Einfederung ergebenden Stellung,

Fig. 6 das Spurstangenlager in einer sich bei maximaler Ausfederung ergebenden Stellung,

Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf ein eine Rechtskurve fahrendes Fahrzeug mit der er­ findungsgemäßen Hinterachse,

Fig. 8 eine Darstellung der geometrischen Ver­ hältnisse der Hinterachse beim Einfedern,

Fig. 9 eine Darstellung der Geometrie der erfin­ dungsgemäßen Hinterachse.

In Fig. 1 ist von einer als Verbundlenkerachse ausge­ bildeten Hinterachse ein in Fahrzeuglängsrichtung aus­ gerichteter Lenker 1 dargestellt, welcher auf übliche Weise mittels eines Lagers 2 am Fahrzeugunterbau 3 ange­ lenkt ist. Ein im Querschnitt zu erkennender, biegestei­ fer, jedoch drehelastischer Querträger 4 verbindet den Lenker 1 mit einem in Fig. 1 nicht gezeigten, weiteren Lenker. Am freien Ende des Lenkers 1 ist ein Achsschen­ kel 5 um eine in etwa senkrechte Achse 6 schwenkbar am Lenker 1 befestigt. Der Achsschenkel 5 lagert auf üb­ liche Weise ein teilweise strichpunktiert dargestelltes Hinterrad 7.

Am Achsschenkel 5 ist ein Spurhebel 8 vorgesehen, der über ein Kugelgelenk 9 mit Einstellgewinde mit einer in etwa in Fahrtrichtung verlaufenden Spurstange 10 verbun­ den ist. Diese Spurstange 10 ist ihrerseits mit ihrem anderen Ende mittels eines elastischen Spurstangenlagers 11 am Fahrzeugunterbau 3 angelenkt. Auf dem Lenker 1 ist ein Achsschenkelanschlag 12 vorgesehen, gegen welchen der Achsschenkel 5 von der Fahrzeugaußenseite her mit einem Anschlagteil 13 anliegt. Vom Achsschenkelanschlag 12 führt ein Bolzen 14 durch dieses Anschlagteil 13 hin­ durch. Eine auf dem Bolzen 14 vorgesehene Druckfeder 15 stützt sich einerseits gegen das Anschlagteil 13, ande­ rerseits gegen den Kopf des Bolzens 14 ab und spannt auf diese Weise das Anschlagteil 13 gegen den Achsschenkel­ anschlag 12 vor.

Die Draufsicht gemäß Fig. 2 zeigt wiederum den Lenker 1 mit dem Querträger 4. Zu erkennen ist, daß der Achsschen­ kel 5 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse 6 schwen­ ken kann und daß bei dieser Schwenkbewegung die Druck­ feder 15 zusammengedrückt wird. Ein Verschwenken des Achsschenkels 5 im Uhrzeigersinn ist nicht möglich, da das Anschlagventil 13 des Achsschenkels 5 gegen den auf dem Lenker 1 befestigten Achsschenkelanschlag 12 an­ liegt. Somit kann ein auf dem Achsschenkel 5 gelagertes Rad zwar gegen die Kraft der Druckfeder 15 in eine Vor­ spurstellung, nicht jedoch in eine Nachspurstellung ge­ langen. Ein weiterer Achsschenkelanschlag 23 begrenzt das maximal mögliche Einschlagen der Hinterräder 7 auf etwa 2 Grad.

Die Fig. 2 läßt des weiteren die am Spurhebel 8 be­ festigte Spurstange 10 mit ihrem Spurstangenlager 11 erkennen.

In der Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 sieht man be­ sonders deutlich, wie der Achsschenkel 5 durch die Achse 6 mit dem Lenker 1 verbunden ist. Weiterhin ist der an ihm vorgesehene Spurhebel 8 gezeigt.

Die Fig. 4 verdeutlicht die Gestaltung des elastischen Lagers 11, mit dem das vordere Ende der Spurstange 10 am Fahrzeugunterbau 3 befestigt ist. Das Lager besteht aus einer Hülse 16, welche fest mit der Spurstange 10 verbun­ den ist. Innerhalb der Hülse 16 ist ein im Querschnitt ovaler Lagerkern 17 angeordnet, welcher innerhalb eines Elastomerteiles 18 vorgesehen ist, welches den Lagerkern 17 umgibt und stegartig zur Innenwandung der Hülse 16 führt. In der in Fig. 4 gezeigten Stellung der Bauteile bei Leergewicht des Fahrzeugs ist vor dem Elastomerteil 18 eine relativ große Aussparung 19 und hinter dem Ela­ stomerteil 18 auf der Seite der Spurstange 10 eine rela­ tiv kleine Aussparung 20 vorhanden. Der Lagerkern 17 ist mit einem Befestigungsbolzen 21 mit dem Fahrzeugunterbau 3 verbunden.

Beim Einfedern der Hinterräder 7 geht das in Fig. 4 mit x positionierte Maß, welches den Abstand zwischen der Innenwandung der Hülse 16 und dem Elastomerteil 18 an der Seite der Spurstange 10 entspricht, auf Null zurück, so daß die Hülse 16 gegen die rückwärtige Seite des Ela­ tomerteils 18 anliegt, was in Fig. 5 gezeigt ist. In dieser Position ist die Aussparung 19 geringfügig größer geworden und die rückwärtige Aussparung 20 gänzlich ver­ schwunden. Bei weiterem Einfedern rollt die Hülse 16 am Lagerkopf 17 ab. Die Spurstange 10 macht dabei jedoch keine Längsbewegung mehr, sondern lenkt den Achsschenkel 5 gegen den Anpreßdruck der Druckfeder 15.

Bei maximaler Ausfederung der Räder des Fahrzeugs ergibt sich die in Fig. 6 gezeigte Stellung des Spurstangen­ lagers 11. Die Spurstange 10 hat sich mit ihrer Hülse 16 so weit nach hinten verschoben, daß die rückwärtige Aus­ sparung 20 verhältnismäßig groß und die vordere Ausspa­ rung 19 klein geworden ist.

Die Fig. 7 verdeutlicht die Funktionsweise der erfin­ dungsgemäßen Hinterachse beim Durchfahren einer Rechts­ kurve. Zu sehen ist, daß die Vorderräder 22, 22 a des Fahrzeugs nach rechts eingeschlagen sind. Von der Hinter­ achse des Fahrzeugs sind die beiden Lenker 1 und 1 a, der diese verbindende Querträger 4, die Achsschenkel 5, 5 a mit den Hinterrädern 7, 7 a, der Spurhebel 8 des linken Hinterrades 7 und beide Spurstangen 10, 10 a dargestellt. Während das kurveninnere Hinterrad 7 a in Geradeausstel­ lung verbleibt, ist das kurvenäußere Hinterrad 7 durch das durch die Fliehkraft F bewirkte Einfedern auf der linken Fahrzeugseite gleichsinnig zu den Vorderrädern 22, 22 a um einen Winkel alpha in eine Vorspurstellung geschwenkt. Wenn man die Fig. 2 betrachtet, so sieht man, daß das unter Zusammendrücken der Druckfeder 15 möglich ist. Die Hinterachse ist so ausgelegt, daß sich bei maximaler Seitenkraft oder aber voller Einfederung ein Einschlagwinkel alpha von maximal 1,5 Grad ergibt.

In Fig. 8 ist schematisch der Lenker 1 in der sich bei Leergewicht ergebenden Position dargestellt, der mit dem Lager 2 am Fahrzeugunterbau angelenkt ist. Mit C wurde die Radmitte gekennzeichnet. D kennzeichnet das Ende der Spurstange 10, welches mit dem Spurhebel 8 verbunden ist. Die Hülse 16 der Spurstange 10 am anderen Spurstan­ genende 10 ist ebenfalls dargestellt. Beim Ausfedern kann sich die Hülse 16 bis in eine Position 16′′ nach hinten verschieben, so daß es zu keinem Lenken kommt.

Das ist in Fig. 8 daran zu erkennen, daß in der ausge­ federten Stellung des Lenkers 1′′ das Ende des Spurstan­ genhebels D′′ aufgrund der Lage der Spurstange 10′′ unver­ ändert oberhalb der Radmitte C′′ liegt. Beim Einfedern geht die Hülse 16 nach einer kurzen Verschiebung nach vorn auf Anschlag. Diese Stellung wurde mit 16′ gekenn­ zeichnet. Man sieht, daß sich nunmehr die Radmitte C′ relativ zum Ende D′ der Spurstange 10′ nach innen ver­ schoben hat. Dadurch kommt es zu einem Einschlagen des entsprechenden Hinterrades. Mit 1′ ist der Lenker in seiner eingefederten Stellung gezeigt.

Die Fig. 9 zeigt die Änderung des Vorspurwinkels alpha in Abhängigkeit vom Federweg des entsprechenden Lenkers. Zu sehen ist, daß der Vorspurwinkel alpha von der maxi­ mal möglichen Ausfederung bis zu dem Punkt E konstant bleibt. Ab Punkt E wird durch Einschlagen der Vorderrä­ der eine Kurve gefahren. Der Vorspurwinkel alpha nimmt deshalb bis zu einem festgelegten Winkel, der etwa 1,5 Grad betragen soll, in etwa gleichmäßig zu, bis die maximal mögliche Einfederung erreicht ist.

Claims (8)

1. Hinterachse für ein Kraftfahrzeug, bei der jedes Hinterrad auf einem Achsschenkel gelagert ist, welcher zur Ermöglichung einer Lenkbewegung schwenkbar an einem Lenker befestigt ist und einen Spurhebel aufweist, an welchem ein Stellglied angreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsschenkel (5) durch eine Druckfeder (15) ge­ gen einen die Nachspurstellung begrenzenden Achsschenkel­ anschlag (12) gehalten und das Stellglied durch eine zumindest in etwa in Fahrtrichtung weisende Spurstange (10) gebildet ist, welche mittels eines elastischen Spur­ stangenlagers (2) mit dem Fahrzeugunterbau (3) oder einem daran befestigten Bauteil Verbindung hat und daß das elastische Spurstangenlager (11) in Längsrichtung der Spurstange (10) nachgiebig ausgebildet ist.

2. Hinterachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spurstangenlager (11) derart elastisch ist, daß bei Leergewicht des Kraftfahrzeugs die Spurstange (10) in eine mittlere Position, bei maximalem Einfedern in eine im Vergleich hierzu geringfügig nach vorn verscho­ bene Position und bei maximalem Ausfedern in eine erheb­ lich nach hinten verschobene Position gelangt.

3. Hinterachse nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Begrenzung der möglichen Schwenk­ bewegung der Hinterräder (7) beim Bremsen während einer Rückwärtsfahrt ein zweiter Achsschenkelanschlag (23) vorge­ sehen ist, welcher die Verschwenkbarkeit des Spurhebels (8) gegen die Kraft der Druckfeder (15) begrenzt.

4. Hinterachse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Achsschenkelanschlag (23) den maximal mög­ lichen Schwenkwinkel des jeweiligen Hinterrades (7) auf etwa 2 Grad begrenzt.

5. Hinterachse nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft der Druckfeder (15) so gewählt ist, daß sich bei maximaler Seitenkraft oder voller Einfederung ein Einschlagwinkel von maximal 1,5 Grad ergibt.

6. Hinterachse nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spurstangen­ lager (11) aus einer fest mit der Spurstange (10) ver­ bundene, liegend angeordnete Hülse (16) und einem mit dem Fahrzeugunterbau (3) zu verbindenden Lagerkern (17) besteht, welcher durch ein Elastomer (18) mit der Hülse (16) verbunden ist und daß bei Leergewicht des Kraftfahrzeugs innerhalb der Hülse (16) zwischen der Hülse (16) und dem Elastomerteil (18) in Fahrtrichtung gesehen von dem Elastomerteil (18) eine relativ große Aussparung (19) und hinter dem Elastomerteil (18) eine relativ kleine Aussparung (20) vorgesehen ist.

7. Hinterachse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkern (17) im Querschnitt die Form eines Ovals hat, dessen größterer Durchmesser quer zur Spur­ stange (10) verläuft.

8. Hinterachse nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einen Achsschenkel (5) tragenden Lenker (1) Teil einer Verbund­ lenkerachse sind.