DE60004214T2

DE60004214T2 - Selbstlenkende achse

Info

Publication number: DE60004214T2
Application number: DE60004214T
Authority: DE
Inventors: Jean Veneau
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2020-06-10
Also published as: DE60004214D1; FR2794688A1; EP1183160A1; FR2794688B1; EP1183160B1; WO2000074961A1; ES2203489T3

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstlenkende Achse für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug.
Die Erfindung betrifft vor allem eine selbstlenkende Achse für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige selbstlenkende Achsen weisen den Vorteil auf, dass sie, verglichen mit herkömmlichen Achsen, bei denen die Achsschenkel fest mit einem Lenker verbunden sind, ein erheblich besseres Straßenverhalten für die Fahrzeuge ermöglichen, die damit ausgerüstet sind.
Durchfährt das Fahrzeug nämlich eine Kurve, so werden die kurvenäußeren Räder in Querrichtung stark beansprucht. Ein Fahrzeug, das zum Beispiel vorn mit einer herkömmlichen Lenkachse und hinten mit einer selbstlenkenden Achse versehen ist, weist dagegen den Vorteil auf, verglichen mit einem Fahrzeug das hinten mit einer herkömmlichen Achse versehen ist, ein besseres Straßenverhalten zu besitzen auf Grund der Tatsache, dass der auf den Achsschenkel einwirkende Radeinschlag dazu führt, dass das zugehörige Hinterrad mit einer Kraft beaufschlagt wird, die zu einer Verdrehung um eine senkrechte Achse führt.
Eine herkömmliche Achse hingegen folgt in der Kurve dem Laufweg des Fahrzeuges, welcher durch die vordere Lenkachse vorgegeben ist und bewirkt dadurch eine Verschwenkung der senkrechten Achse des Rades, auch Mikroeinschlag genannt, wobei diese senkrechte Achse durch die Berührungsstelle des Rades mit der Strasse verläuft, das heißt auf Höhe der Berührung des Reifens mit dem Straßenbelag.
Bei manchen Kurvenausgestaltungen, insbesondere scharfen Kurven und vor allem dann, wenn die Strasse nass ist oder mit Splitt bedeckt ist, kann das Außenrad unter der Einwirkung der auf es einwirkenden Querkraft auf der Straßenoberfläche wegzurutschen.
Eine selbstlenkende Hinterachse hingegen folgt in der Kurve dem Fahrweg des Fahrzeuges, der von der vorderen Lenkachse bestimmt wird, wobei innerhalb der Winkelbegrenzung, die durch das elastische Verbindungslager vorgegeben ist, eine Verschwenkung der senkrechten Achse des Rades erfolgt auf Höhe dessen Verbindung mit dem Achsschenkel. Die Stellung der senkrechten Schwenkachse des Rades ist dabei unabhängig vom Kontakt zwischen Reifen und Strasse. So beschreibt die WO 97 31794 eine selbstlenkende Achse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Veröffentlichungen FR 2 726 227, FR 2701 001, DE 38 08 490 , FR 2 707 560, US 4 828 279 und DE 28 22 058 beschreiben andere Arten von Achsen.
Die Veröffentlichung FR-A1-2 621 277 beschreibt eine selbstlenkende Achse.
Darin ist eine Achse mit unabhängigen Rädern beschrieben und dargestellt, mit gezogenen oder geschobenen Längslenkern, wobei für jedes Rad ein Achsschenkel oder ein Radträger vorgesehen ist, der am Lenker über mindestens drei elastische Bauteile angelenkt ist, wobei zwei von ihnen hinter einer senkrechten Ebene angeordnet sind, die durch die Radachse und in einer im wesentlichen senkrechten Achse verläuft und wobei die elastischen Teile zur Längsachse gehören und eine relativ geringe Elastizität in Querrichtung des Fahrzeuges aufweisen sowie eine relativ hohe Elastizität in Längsrichtung des Fahrzeuges aufweisen.
Insbesondere weist die in der Veröffentlichung FR-A1-2 621 277 beschriebene und dargestellte Achse vier bewegliche Bauteile als Teil von Längsachsen auf, die im wesentlichen an den Ecken eines Trapezes angeordnet sind, das in der Radebene liegt, wobei das Trapez zur Radachse zentriert ist.
Wird das Rad in Querrichtung belastet, so können sich die vier beweglichen Bauteile verformen um eine senkrechte Achse, die im wesentlichen senkrecht zur Radachse verläuft.
Auf Grund der engen Anordnung dieser Bauteile im Inneren des Rades ist der Abstand zwischen jedem Bauteil und der senkrechten Schwenkachse sehr begrenzt und erfordert erhöhte Steifigkeitswerte für die beweglichen Bauteile um Längsverschiebungen bei Krafteinwirkung zu vermeiden.
Außerdem können diese beweglichen Bauteile dazu führen, dass die theoretisch senkrecht ausgerichtete Schwenkachse in der Radebene durch den Nachlaufeffekt geneigt wird. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn das Fahrzeug abgebremst wird. Die Neigung der Schwenkachse in der Radebene verändert jedoch die Größe des hervorgerufenen Radeinschlages, da der Achsschenkel zu einer Verdrehung um diese Achse veranlasst wird.
Das bedeutet, dass es mit einer derartigen selbstlenkenden Achse, deren Arbeitsprinzip ausschließlich auf der Verformung beweglicher Bauteile beruht, nicht möglich ist, als Funktion der Fahrbedingungen des Fahrzeuges einen genau bestimmten Radeinschlag zu erhalten. Das wirkt sich jedoch nachteilig auf das Fahrverhalten und auf die Abnutzung der Reifen aus, da die Spur der Räder in erheblicher Weise verändert wird und demzufolge zu einer Fehlstellung hinsichtlich der Parallelität der selbstlenkenden Achse führt.
Schließlich sei noch angemerkt, dass das Unterbringen der beweglichen Bauteile innerhalb des Rades nicht besonders vorteilhaft ist für eine Großserienfertigung, die in notwendiger Weise mit Fertigungstoleranzen behaftet ist um tragbare Herstellungskosten zu erzielen.
Die Erfindung schlägt eine selbstlenkende Achse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Führungsschiene sich in einer Richtung erstreckt, die in einer waagrechten Ebene verläuft und das sein Verbindungsende mit dem Lenker durch ein verformbares federndes Verbindungslager geführt wird.
Gemäss weiteren Merkmalen der Erfindung:

– ist die Führungsschiene in der waagrechten Ebene um einen vorgegebenen Winkel bezüglich der Achse des verformbaren federnden Führungslagers geneigt,
– ist die Achse des verformbaren federnden Führungslagers quer ausgerichtet,
– ist der Neigungswinkel des Führungsschiene bezüglich der Querachse des verformbaren federnden Führungslagers nur gering, während das verformbare federnde Führungslager in Querrichtung entlang seiner Querachse gleiten kann,
– ist der Achsschenkel mit dem Lenker über eine zusätzliche Führungsanordnung verbunden, die eine Führungswelle aufweist, die im wesentlichen in einer Richtung ausgerichtet ist, die in einer waagrechten Ebene liegt, die bezüglich der Querachse des verformbaren federnden Führungslagers um einen höheren Wert geneigt ist,
– ist der Neigungswinkel der Führungsschiene bezüglich der Querachse des verformbaren federnden Lagers erhöht, wobei das verformbare federnde Führungslager ohne Spiel in Querrichtung eingebaut ist,
– weist die Führungsschiene eine federnd gelagerte Rückholanordnung auf, die ihrer Bewegung in Richtung der gegenüber liegenden Halbachse entgegen wirkt und ist mit einem Anschlag versehen zur Begrenzung seiner Bewegung in Richtung von der gegenüber liegenden Halbachse weg,
– besteht die Rückholanordnung der Führungsschiene die ihrer Bewegung in Richtung der gegenüber liegenden Halbachse entgegen wirkt aus der verringerten Härte in Querrichtung des verformbaren federnden Führungslagers, das der Bewegung der Führungsschiene in Richtung der gegenüber liegenden Halbachse erst am Ende des zurückgelegten Weges der Querverschiebung des verformbaren federnden Führungslagers entgegen wirkt, während der Anschlag der Führungsschiene für seine Bewegung von der gegenüber liegenden Halbachse weg aus der Führungswelle besteht, der mit dem Achsschenkel und dem Lenker über Kugelgelenke verbunden ist und durch Zugwirkung der Bewegung des Führungsschiene von der gegenüber liegenden Halbachse weg entgegen wirkt,
– besteht die federnde Rückholanordnung der Führungsschiene, die ihrer Bewegung in Richtung zur gegenüber liegenden Achse hin entgegen wirkt aus dem verformbaren federnden Führungslager, das eine verringerte Härte in Querrichtung zur gegenüber liegenden Halbachse hin aufweist, während der Anschlag der Führungsschiene für seine Bewegung von der gegenüber liegenden Halbachse weg aus dem verformbaren federnden Führungslager besteht, das in Querrichtung für die Bewegung von der gegenüber liegenden Halbachse weg eine erhöhte Härte aufweist,
– weist die selbstlenkende Achse einen senkrechten Anschlag des Achsschenkels für den Lenker auf, der einer Verschwenkung des Achsschenkels entlang einer Achse entgegen wirkt, die durch das hintere verformbare Verbindungslager in Längsrichtung und durch das verformbare federnde Führungslager verläuft,
– weist der senkrechte Anschlag des Achsschenkels bezüglich des Lenkers einen senkrecht angeordneten Feststellstab auf, der vor der Radachse angeordnet ist und dessen Enden am Achsschenkel und am Lenker befestigt sind,
– weist der senkrechte Anschlag des Achsschenkels bezüglich des Lenkers ein senkrechtes elastisches Gelenk auf, das direkt den Achsschenkel mit dem Lenker verbindet und das in senkrechter Richtung eine erhöhte Härte aufweist,
– weist das senkrechte elastische Gelenk eine verringerte Härte in einer waagrechten Richtung zur gegenüber liegenden Halbachse hin auf und eine erhöhte Steifigkeit in einer waagrechten Richtung von der gegenüber liegenden Halbachse weg,
– weist die selbstlenkende Achse einen Schwingarm in Form eines liegenden Y auf, der sich im wesentlichen in einer waagrechten Ebene erstreckt, die um einen größeren Winkel bezüglich der Querachse des verformbaren federnden Lagers geneigt ist, der mit dem Achsschenkel über ein am Ende des konvergierenden Armes angeordnetes Kugelgelenk verbunden ist und der mit dem Lenker über zwei federnde Lager mit senkrechten Achsen verbunden ist, wobei diese an den Enden der divergierenden Arme angeordnet sind um dergestalt sowohl die zusätzliche Führungsanordnung als auch den senkrechten Anschlag des Achsschenkels zu bilden,
– weist die Führungsschiene die Gestalt einer biegsamen dreieckigen Platte auf, die im wesentlichen in einer waagrechten Ebene angeordnet ist, wobei eine Ecke mit dem in Querrichtung angeordneten verformbaren federnden Führungslager verbunden ist, während die beiden anderen Ecken mit dem Achsschenkel verbunden sind,
– sind die beiden Ecken der dreieckigen Platte mit dem Achsschenkel über zwei federnde Ringe mit senkrechten Achsen verbunden,
– sind die beiden Ecken der dreieckigen Platte mit dem Achsschenkel in steifer Weise verbunden,
– sind die Führungsschiene einer jeden Halbachse an ihren die federnden Führungslager tragenden Enden über eine steife quer angeordnete Koppelstange miteinander verbunden zur Übertragung der um die senkrechten Achsen der beiden Achsschenkel der Achse auftretenden Drehbewegungen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung hervor; darin zeigen:
1a schematisch eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer selbstlenkenden Achse nach der Erfindung in der Ruhestellung des äußeren Rades,
1b in vergrößerter Darstellung ein in der Achse nach 1a verwendbares verformbares federndes Führungslager entlang eines waagrechten durch die Mittenebene verlaufenden Schnittes,
2a schematisch eine Draufsicht auf die in 1a dargestellte selbstlenkende Achse in einer Stellung, in der das äußere Rad in Querrichtung einer Krafteinwirkung ausgesetzt ist,
2b in vergrößerter Darstellung ein in der Achse nach 2a verwendbares verformbares federndes Führungslager entlang eines waagrechten durch die Mittenebene verlaufenden Schnittes,
3 eine perspektivische Ansicht einer selbstlenkenden Halbachse nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Ruhestellung des äußeren Rades,
4 eine schematische Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer selbstlenkenden Achse nach der Erfindung, bei der die beiden selbstlenkenden Halbachsen miteinander gekoppelt sind und sich in der Stellung befinden, in der auf das äußere Rad eine Kraft einwirkt,
5 eine schematische Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel einer selbstlenkenden Halbachse nach der Erfindung,
6 eine schematische Draufsicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei sich das äußere Rad in einer Ruhestellung befindet,
7 eine schematische Draufsicht auf ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei sich das äußere Rad in einer Ruhestellung befindet,
8 eine perspektivische Ansicht der selbstlenkenden Halbachse gemäss dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, wobei das äußere Rad in der Ruhestellung ist und
9 eine perspektivische Ansicht einer selbstlenkenden Halbachse gemäss dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei sich das äußere Rad in der Ruhestellung befindet.
In der nachfolgenden Beschreibung sind gleiche oder in ihrer Funktion ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und die Ausdrücke „waagrecht", „senkrecht", „quer", etc. in nicht begrenzender Weise im Zusammenhang mit den jeweiligen Figuren zu verstehen.
In den 1 bis 9 sind verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen selbstlenkenden Achse dargestellt.
In an und für sich bekannter Weise dient einer derartige selbstlenkende Achse dazu, in ein Fahrzeug eingebaut zu werden um einen zum Inneren einer Kurve hin gerichteten Radeinschlag zu bewirken desjenigen Rades, das in Querrichtung mit einer zum Äußeren der Kurve hin gerichteten Querkraft beaufschlagt wird. Die selbstlenkende Achse kann zum Beispiel als Hinterachse eines Kraftfahrzeuges ihren Einsatz finden, das mit einer herkömmliche vorderen Lenkachse versehen ist, oder auch, in nicht begrenzender Weise und gemäss der Erfindung, ihren Einsatz finden beispielsweise in einem gezogenen Fahrzeug, wie einem Anhänger, der mit einer oder mehreren Achsen gemäss der vorliegenden Beschreibung versehen ist.
In herkömmlicher Weise weist jede Halbachse 10 einen Lenker 12 auf, der verdrehbar bezüglich einer quer verlaufenden fest zur Kraftfahrzeugkarosserie angeordneten Lenkerachse 14 angelenkt ist.
Bei den in der Beschreibung vorgestellten verschiedenen Ausführungsbeispielen sind unterschiedliche Halbachsen 10 dargestellt, die mit Längslenkern 12 versehen sind, welche sich im wesentlichen nach hinten hin hin Fahrzeug erstrecken und zwar unten in den 1a, 2a, 4, 5.
Diese Anordnung ist jedoch nicht begrenzend für die Verwirklichung der Erfindung, wobei betont sei, dass die Lenker 12 auch Schublenker sein können, die sich nach vorn hin im Fahrzeug erstrecken. In ebenfalls die Erfindung nicht begrenzender Weise sind die Lenker 12 im wesentlichen in Form eines liegenden L ausgebildet und können entweder unabhängig voneinander sein oder miteinander auf Höhe ihrer Querarme verbunden sein, je nachdem ob die Aufhängung der Räder unabhängig ist oder nicht. Jeder Lenker 12 ist an der Lenkerachse 14 auf Höhe der Biegung des L angelenkt.
Ein hinteres freies Ende 16 eines jeden Lenkers 12 trägt einen Achsschenkel 18. Erfindungsgemäß ist der Achsschenkel 18 am hinteren freien Ende des Lenkers 12 über mindestens ein federndes Lager 20 mit einer Verbindungsachse A in Längsrichtung mit dem Lenker 12 verbunden, das hinter einer Radachse B angeordnet ist und das dazu dient, sich unter Entfernung von seiner Achse A zu verformen als Folge einer Krafteinwirkung in Querrichtung auf ein Rad 22, das drehbar um eine senkrechte Achse am Achsschenkel 18 befestigt ist um dergestalt einen erzwungenen Radeinschlag zu bewirken in Richtung zu der dem Rad 22 gegenüber liegenden Halbachse hin.
Zu diesem Zweck weist das hintere Ende 16 des Lenkers 12 einen zylindrischen Umfang auf und greift in einen Innenring des Verbindungslagers 20 ein, wobei der Achsschenkel 18 einen Außenring des Verbindungslagers 20 aufnimmt. Das Lager 20 besteht in nicht die Erfindung begrenzender Weise aus einem Elastomer.
Diese Ausgestaltung begrenzt die Erfindung keineswegs, das heißt, dass jede andere Art der Verbindung, die ein Verbindungslager 20 mit einer Achse A in Längsrichtung aufweist, eingesetzt werden kann, wobei auch der Lenker 12 über mehrere Verbindungslager 20 mit je einer Achse A in Längsrichtung, die parallel zueinander verlaufen, mit dem Achsschenkel verbunden sein kann, sofern sie im wesentlichen zu einer senkrechten Achse ausgerichtet sind, die hinter der Radachse B angeordnet ist um so ein Verschwenken der den Verbindungslagern 20 gemeinsamen senkrechten Achse zu ermöglichen.
Außerdem ist nach der Erfindung der Achsschenkel 18 mit dem Lenker in Längsrichtung gesehen vor der Radachse B verbunden und zwar über eine Führungsschiene 24, deren der Verbindung mit dem Lenker 12 dienendes Ende 26 durch ein verformbares Führungslager 28 gehalten wird.
Gemäss den 1 bis 9 ist in die Erfindung nicht begrenzender Weise das Ende 26 der Führungsschiene 24 genauer gesagt mit einem Querarm 30 des L-förmigen Lenkers 12 über das verformbare Führungslager 28 verbunden, dessen Achse C quer zu ihm verläuft. Der Querarm 30 des Lenkers erstreckt sich in Querrichtung zur gegenüber liegenden Halbachse hin.
Der Arm 30 ist deutlich vor dem Achsschenkel 18 angeordnet und zwar in der Nähe der Gelenkachse 14 des Lenkers 12. Ein Längsteil 32 des L-förmigen Lenkers 12 ermöglicht ein winkelmäßiges Durchfedern, das unabdingbar ist für die Erfüllung der Rolle des Lenkers 12 als Teil der Aufhängung des Fahrzeuges.
Dies bedeutet, dass bei den in den 1 bis 9 dargestellten Konfigurationen die Führungsschiene 24 sich in einer waagrechten Ebene erstreckt zwischen wenigstens einem Verankerungspunkt 34 am Achsschenkel 18, der vor der Radachse B liegt und dem verformbaren federnden Führungslager 28 in Querrichtung, das am Querarm 30 des Lenkers befestigt ist unter Bildung eines vorgegebenen Winkels α oder β mit dem Teil 32 des Lenkers 12.
Damit übernimmt die Führungsschiene 24 die Rolle eines Hebelarms, der die Übertragung von Querkräften ermöglicht, die vom Rad 22 dem verformbaren elastischen Lager 28 übertragen werden.
Das Lager 28 ist verformbar, das heißt es kann in Querrichtung seine Gestalt verändern um dergestalt geringe Querverschiebungen des Endes 26 der Führungsschiene 24 bezüglich des Querarmes 30 des Lenkers 12 zu ermöglichen.
Der Achschenkel 18 ist in der Lage um eine senkrechte Achse zu verschwenken bei Krafteinwirkungen in Querrichtung auf das Rad 22.
Die Ausrichtung der senkrechten Drehachse des Achsschenkels 18 hängt von den Gelenken des Achsschenkels ab. Diese Ausrichtung verläuft in der waagrechten Ebene durch ein momentanes Drehzentrum, das sich an der Schnittstelle der Längsrichtung der Führungsschiene 24 mit der Normalen zur Achse des Führungslagers 20 befindet.
Das heißt, dass die Ausrichtung nicht feststeht, da das Lager 20 sich von seiner Ursprungsachse A entfernen kann und demzufolge die Normale zur Achse des Lagers 20 sich ebenfalls von ihrer Ursprungsstellung entfernen kann während einer Verschwenkung des Rades 22, wodurch eine Annäherung dieses momentanen Drehzentrums des Rades 22 hervorgerufen wird. Dennoch verbleibt es konstruktionsbedingt außerhalb des Rades 22.
Auch diese Ausgestaltung begrenzt die Erfindung nicht im Geringsten, da es genau so gut möglich ist, die Führungsschiene 24 direkt mit dem Längsteil 32 des Lenkers 12 zu verbinden. Eine diesbezügliche Anordnung würde jedoch zu Lagerhärten des Führungslagers 28 führen, die erheblich höher liegen als diejenigen für das oben beschriebene Führungslager 28, wodurch sehr kostspielige Führungslager 28 erforderlich werden.
Damit hat es sich aus Gründen der Erleichterung einer Großserienherstellung als vorteilhaft erwiesen, in diesem Fall ein Führungslager 28 einzusetzen, das nur in senkrechter Richtung eine bestimmte Härte aufweist, wobei diese Härte dazu führt, dass die in senkrechter Richtung vom Rad und dem Achschenkel 18 übertragenen Kräfte aufzunehmen und, wie noch näher in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den 6, 7, 8 und 9 ausgeführt werden wird, die Härten in Axialrichtung des Führungslagers 28 an eine andere Befestigungsstelle des Achsschenkels 18 zu verlagern.
Der Achsschenkel 18 wird also bezüglich des Lenkers 12 durch das verformbare Verbindungslager 20 und das verformbare Führungslager 28 gehalten. Um zu vermeiden, dass der Achsschenkel 18 um eine (nicht dargestellte) Achse verdreht wird, die durch die Mitte dieser beiden Lager verläuft, ist ein senkrechter Anschlag am Achsschenkel 18 vorgesehen, der ihn mit dem Lenker 12 in senkrechter Richtung verbindet. Dadurch kann der Achsschenkel 18 nur um die einzige senkrechte Achse verschwenkt werden, die durch das oben beschriebene momentane Drehzentrum verläuft. Dieser senkrechte Anschlag wird bei der Beschreibung weiterer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert werden.
Die 1a bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, bei dem die Führungsschiene in der waagrechten Ebene um einen größeren Winkel α geneigt ist und bei dem das Führungslager 28 spielfrei in Querrichtung eingebaut ist.
Die Führungsschiene 24 weist im wesentlichen die Gestalt einer dreieckigen Platte auf, deren Ende 26 an einer Ecke angeordnet ist und deren beide anderen Ecken 33 mit dem Achsschenkel 18 über Verankerungen 34 verbunden sind, die zum Beispiel aus Schrauben bestehen können, wie es in 3 dargestellt ist, oder aus Gelenkanordnungen, wie es in den 1a und 2a dargestellt ist.
In vorteilhafter Weise ist diese Führungsschiene 24 flexibel um zur Aufnahme von Kräften beizutragen, die in Längsrichtung dem Achsschenkel 18 vom Rad 22 übertragen werden, wozu sie eine Aussparung 35 in Gestalt eines liegenden U aufweist, wie aus 3 ersichtlich, die vom Lenker 12 durchsetzt wird.
Auf Grund dieser Ausgestaltung, wie sie in den 1a bis 3 dargestellt ist, kann die Führungsschiene 24 die aus der Krafteinwirkung auf das Rad 22 und den Achsschenkel 18 resultierenden Kräfte dem Führungslager 28 übertragen. Das Lager 28 ist in Querrichtung elastisch verformbar und ermöglicht eine geringe Querverschiebung des Endes 26 der Führungsschiene 24 und dadurch eine Querbewegung der Führungsschiene 24 als Folge einer Krafteinwirkung auf das Rad 22 in Querrichtung und in Richtung zur gegenüber liegenden Halbachse hin (die nicht dargestellt ist und sich rechts in den 1a und 2a befindet), wobei eine Verschwenkung der senkrechten Achse in Richtung der Uhrzeiger des Achsschenkels hervorgerufen wird, die wiederum zu einem erzwungenen Einschlag des Rades 22 führt, der in 1a strichpunktiert dargestellt und in 2a als ausgezogene Linie dargestellt ist.
Das federnde bzw. elastische Führungslager 28 weist zu diesem Zweck eine verringerte Härte in Querrichtung und in Richtung zur (nicht dargestellten) gegenüber liegenden Halbachse auf.
Außerdem weist die Führungsschiene 24 einen Anschlag auf zur Beendigung seiner Bewegung in der waagrechten Ebene und von der gegenüber liegenden Halbachse weg, das heißt in Richtung zum Lenker 12 hin der Halbachse, mit der sie verbunden ist.
Bei dem ersten im Zusammenhang mit den 1a bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird dieser Anschlag einfach durch die erhöhte Härte des Führungslagers 28 in Querrichtung gebildet und zwar in der zur gegenüber liegenden Halbachse entgegen gesetzten Richtung.
Wie insbesondere die 1b und 2b zeigen kann das Lager 28 zum Beispiel einen Innenring 36 aufweisen, mit dem das Ende 26 der Führungsschiene 24 verbunden ist, dessen Außenumfang im Klemmsitz in einem Block 38 aus einem Elastomer sitzt, der wiederum im Klemmsitz in einem Verbindungsteil 40 sitzt, das mit dem Arm 30 des Lenkers 12 verbunden ist. Der Ring 36 ist mit einer Schulter 42 versehen, die der gegenüber liegenden Halbachse zugewandt ist und der sich auf dem Block 38 aus Elastomer abstützt, welcher ebenfalls mit einer Schulter 44 versehen ist, die der gegenüber liegenden Halbachse zugewandt ist zur Abstützung auf dem Verbindungsteil 40.
Damit wird erreicht, dass das federnde Führungslager 28 beweglich ist zwischen einer Ruhestellung, die in 1a dargestellt ist und einer verformten Stellung, die in 1b dargestellt ist, in der der Klemmsitz des Ringes 36, des Blocks 38 aus Elastomer und des Verbindungsteils 40 eine Axialverschiebung des Ringes 36 bezüglich des Verbindungsteils 40 nur in Richtung zur gegenüber liegenden Halbachse hin zulässt, wie es durch den Pfeil in 1b angedeutet ist.
Wird jedoch im Gegensatz dazu der Achsschenkel 18 in Querrichtung mit einer Kraft beaufschlagt, die eine Entfernung von der gegenüber liegenden Halbachse bewirkt, wie es insbesondere bei Bremsvorgängen des Fahrzeuges der Fall ist, so wird der Block aus Elastomer, der in der zur gegenüber liegenden Halbachse hin gerichteten Richtung eine erhöhte Härte aufweist, in Axialrichtung zum Lenker 12 hin komprimiert zwischen der Schulter 42 des Ringes 36 und der Schulter 44 des Verbindungsteils 40 und bildet dadurch einen axialen Anschlag für das Ende 26 der Führungsschiene 24 bei deren Entfernung von der gegenüber liegenden Halbachse.
Wie ferner aus den 1a, 2a und 3 hervorgeht, besteht der senkrechte Anschlag des Achsschenkels 18 für den Lenker 12 aus einem senkrechten Feststellstab 46, der zum Beispiel über Kugelgelenke oder Schwenkverbinder 50 und 52 mit dem Achsschenkel 18 und dem Lenker 12 verbunden ist, wie 3 zeigt. Daraus ist ersichtlich, dass der senkrechte Feststellstab 46 eine Verschwenkung des Achsschenkels 18 um eine Achse verhindert, die die Mitten des Verbindungslagers 20 und des Führungslagers 28 durchsetzt.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung, bei dem zwei erfindungsgemäß ausgestaltete Halbachsen 10 miteinander gekoppelt sind und eine selbstlenkende Achse bilden, bei der die Schwenkbewegungen der Achsschenkel 18 miteinander gekoppelt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Bewegungen in Querrichtung der federnden Führungslager 28 miteinander gekoppelt. Dieses kann zum Beispiel in die Erfindung nicht begrenzender Weise dadurch verwirklicht werden, dass an Stelle der im Zusammenhang mit den 1b und 2b beschriebenen federnden Führungslager 28 ähnliche Lager eingesetzt werden, die jedoch einerseits keine Schulter 42 für den Ring 36 und keine Schulter 44 für den Block 38 aus Elastomer aufweisen, wobei andererseits ihre Ringe 36 fest miteinander verbunden sind, zum Beispiel mittels eines in Querrichtung steifen Koppelstabes 54.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Führungsschienen 24 der beiden sich gegenüber liegenden Halbachsen sind durch den Koppelstab 54 miteinander gekoppelt und die beiden Achsschenkel 18 der sich gegenüber liegenden Halbachsen 10 ebenfalls drehfest miteinander gekoppelt. Wie aus 4 hervorgeht bewirkt, wenn das linke Rad 22 in Querrichtung beaufschlagt wird, die selbstlenkende Achse einen erzwungenen Einschlag dieses Rades und zugleich des rechten Rades 22, das nicht nach rechts beaufschlagt wird, sodass ein erzwungener Einschlag der beiden Räder und damit der gesamten Achse erfolgt.
5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem der oben im Zusammenhang mit den 1a bis 4 beschriebene senkrechte Feststellstab in vorteilhafter Weise durch ein elastisches Gelenk 56 zur senkrechten Halterung ersetzt werden kann, das den Achsschenkel 18 direkt mit dem Längsteil 32 des Lenkers 12 verbindet.
Dieses elastische Gelenk 56 weist eine erhöhte Härte in senkrechter Richtung auf um dadurch die Rolle der senkrechten Halterung zu übernehmen, analog zu derjenigen des oben beschriebenen senkrechten Feststellstabes 46.
In vorteilhafter Weise übernimmt das elastische Gelenk 56 auch die Rolle des Anschlages in Querrichtung für den Achsschenkel 18. So kann zum Beispiel das elastische Gelenk 56 ein in Axialrichtung U-förmig ausgestaltetes Gelenk sein, das in einer waagrechten Ebene angeordnet ist und einen ähnlichen Aufbau besitzt wie das Führungslager 28, das heißt, dass es einen Innenring aufweist, der mit dem Achsschenkel 18 verbunden ist und dessen Außenumfang im Klemmsitz in einem Block aus einem Elastomer sitzt, der wiederum im Klemmsitz in einem Verbindungsteil angeordnet ist, welches mit dem Längsteil 32 des Lenkers 12 verbunden ist. Der Ring weist auch eine Schulter auf, die der gegenüber liegenden Halbachse zugewandt ist und der sich auf dem Block aus Elastomer abstützt, welcher ebenfalls mit einer Schulter versehen ist, die sich auf dem Verbindungsteil abstützt.
Dadurch ist das elastische Gelenk zur senkrechten Halterung beweglich zwischen einer Ruhestellung und einer verformten Stellung in Richtung des U und zur gegenüber liegenden Halbachse hin und in der die Klemmwirkung des Ringes des Blocks aus Elastomer und des Verbindungsteils eine Axialverschiebung des Ringes bezüglich des Verbindungsteils in Richtung des U nur zur gegenüber liegenden Halbachse hin zulässt.
Wenn jedoch im Gegensatz dazu der Achsschenkel 18 in Querrichtung dahingehend beaufschlagt wird, dass er sich von der gegenüber liegenden Halbachse entfernt, wie es insbesondere bei Bremsvorgängen des Fahrzeuges der Fall ist, wird das elastische Gelenk 56, das eine erhöhte Härte in der zur gegenüber liegenden Halbachse entgegengesetzten Richtung aufweist, axial komprimiert zwischen der Schulter des Ringes und der Schulter des Verbindungsteils, wodurch ein Axialanschlag für den sich von der gegenüber liegenden Halbachse entfernenden Achsschenkel 18 gebildet wird.
Die 6 bis 8 zeigen ein viertes und ein fünftes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, bei denen die Führungsschiene 24 in der waagrechten Ebene um einen kleineren Winkel β geneigt ist. Diese Ausgestaltung kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn wenig Bauraum für die Führungsschiene 24 zur Verfügung steht.
Ohne Veränderung des federnden Führungslagers 28 würde die geringe Neigung des Winkels β der Führungsschiene 24 zu einer Entfernung der Ebene des Rades 28 vom momentanen Drehzentrum des Achsschenkels 18 führen, wobei dieses momentane Drehzentrum am Schnittpunkt der Richtung der Führungsschiene 24 mit der Normalen zur Achse des Verbindungslagers 20 liegt.
Um eine übermäßige Entfernung des momentanen Drehzentrums von der Ebene des Rades 22 zu verhindern ist das Führungslager 28 mit Spiel angeordnet, sodass es in Querrichtung entlang seiner Querachse gleiten kann, wobei eine zusätzliche Führungsanordnung unter einem größeren Winkel γ bezüglich des Querarms 30 des Lenkers 12 zwischen dem Achsschenkel 18 und dem Längsteil 32 des Lenkers 12 vorgesehen ist, welche die Funktion einer elastischen Rückholung und des elastischen Anschlags für den Achsschenkel 18 übernimmt.
Beim diesen Ausführungsbeispielen kann die Führungsschiene 24, wie aus den 6 bis 8 hervorgeht, nur Querkräfte zum Führungslager 28 übertragen, die von in Querrichtung auf das Rad einwirkenden Kräften resultieren und zwar am Ende der durch das Spiel des Lagers zugelassenen Verschiebung, wobei das sich verschiebende Führungslager 28 erst am Ende des Verschiebeweges zur Aufnahme der waagrechten Kräfte des in Querrichtung beaufschlagten Rades 22 beiträgt.
Zu diesem Zweck weist das Führungslager 28 eine verringerte Härte in seiner radialen Querrichtung auf.
Damit ist das Lager 28 in Querrichtung entlang seines Verschiebeweges im wesentlichen unbelastet und ermöglicht eine Querverschiebung des Endes 26 der Führungsschiene 24 und damit auch eine Querverschiebung der Führungsschiene 24 selbst, die wiederum infolge einer Beaufschlagung in Querrichtung des Rades 22 in Richtung zur gegenüber liegenden Halbachse hin (die hier nicht dargestellt ist und sich in den 6 und 7 rechts befindet) eine Verschwenkung der senkrechten Achse des Achsschenkels 18 im Uhrzeigersinn bewirkt, die zu einem erzwungenen Einschlag des Rades 22 führt.
Außerdem weist das Führungslager 28 eine erhebliche senkrechte Härte auf um dadurch eine Aufnahme der senkrechten vom Rad 22 dem Achsschenkel 18 übertragenen und von diesem der Führungsschiene 24 weiter geleiteten Kräfte zu gewährleisten.
Gemäss dem in den 6 bis 8 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel besteht die zusätzliche Führungsanordnung aus einer Führungswelle 58, die um einen Winkel γ bezüglich des Querarms 30 des Lenkers 12 geneigt ist und die den Achsschenkel 18 mit dem Längsteil 32 des Lenkers 2 verbindet. Diese Führungswelle 58 kann zum Beispiel zwischen dem Achsschenkel 18 und dem Längsteil 32 mittels Kugelgelenken 59 befestigt sein. Bei dieser Ausgestaltung besteht also der Anschlag der Führungsschiene 24 für ihre Bewegung während des Entfernens von dem der Achse gegenüber liegenden Arm aus der Führungswelle 58, die nicht verlängerbar ist und die demzufolge auch dazu dient, den Achsschenkel 18 während dessen Verschiebungen unter Abstandvergrößerung von der gegenüber liegenden Halbachse zu halten.
Das momentane Drehzentrum für die Schwenkbewegung des Achsschenkels 18 befindet sich also an der Schnittstelle der Richtung der Führungswelle 58 mit der Normalen zur Achse des Verbindungslagers 20.
Wie außerdem aus den 6 und 8 hervorgeht besteht der senkrechte Anschlag des Achsschenkels 18 für den Lenker 12 wieder aus dem senkrechten Feststellstab 46, der wie bereits ausgeführt, ein Verschwenken des Achsschenkels 18 und der Führungsschiene um eine Achse verhindert, die die Mitten des Verbindungslagers 20 und des Führungslagers 28 durchsetzt.
Schließlich zeigen die 7 und 9 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der senkrechte Anschlag und die zusätzliche Führungsanordnung für die Führungsschiene 24 aus einem einstückigen Schwingarm 60 in Gestalt eines Y besteht. Der Schwingarm 60 weist hierbei die Form eines liegenden Y auf und erstreckt sich im wesentlichen in einer waagrechten Ebene, die um einen größeren Winkel γ bezüglich der Querachse des verformbaren federnden Lagers geneigt ist um dergestalt die zusätzliche Führungsanordnung zu bilden. Der Schwingarm 60 ist mit dem Achsschenkel über ein Drehgelenk verbunden, das am Ende 61 des konvergierenden Armes vorgesehen ist.
An den Enden 63 der divergierenden Arme ist der Schwingarm mit dem Lenker 12 über zwei elastische Lager 64 mit senkrechten Achsen verbunden und bildet damit den senkrechten Anschlag für den Achsschenkel 18. Da der Achsschenkel 18 mit der Führungsschiene 24 verbunden ist verhindert der Schwingarm 60 in vorteilhafter Weise ein Verschwenken der Führungsschiene 24 um eine Achse, die die Mitten des Verbindungslagers 20 und des Führungslagers 28 durchsetzt.
Damit ermöglicht die selbstlenkende Achse, die aus der Verbindung zweier Halbachsen 10 besteht, in vorteilhafter Weise bei Kurvenfahrt einen erzwungenen Radeinschlag zumindest des kurvenäußeren Rades, wobei dieser Radeinschlag präzise und genau gesteuert ist.

Claims

Selbstlenkende Achse für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, bestehend aus zwei sich gegenüber liegenden Halbachsen (10), deren jede einen unabhängigen Lenker (12) aufweist, der sich im wesentlichen in Längsrichtung erstreckt und der drehbar an einer Querachse (14) angelenkt ist, die mit dem Aufbau des Fahrzeugs verbunden ist, wobei ein freies hinteres Ende (16) eines jeden Lenkers (12) einen Achsschenkel (18) trägt, der ein mit einer Querachse versehenes Lager für ein Rad (22) des Fahrzeugs aufweist und wobei der Achsschenkel (18) mit dem Lenker (12) über mindestens ein federndes Verbindungslager (20) mit einer Längsachse (A) verbunden ist, das, wenn das Rad (22) in Querrichtung mit einer Kraft beaufschlagt wird, sich verformt und sich dabei von seiner Längsachse (A) entfernt um dem Achsschenkel (18) eine Verdrehung um eine im wesentlichen senkrechte Achse zu ermöglichen und einen erzwungenen Radeinschlag des Rades (22) hervorzurufen und wobei der Achsschenkel (18) mit dem Lenker hinter der Radachse (B) verbunden ist über das wenigstens eine federnde Verbindungslager (20) mit der Längsachse (A), während er mit dem Lenker (12) vor der Achse (B) des Rades (22) über mindestens eine Führungsschiene (24) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (24) sich in einer im wesentlichen waagrechten Ebene erstreckt und dass ihr Verbindungsende (26) mit dem Lenker von einem verformbaren federnden Führungslager (28) geführt wird.
Selbstlenkende Achse nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (24) in der waagrechten Ebene um einen vorgegebenen Winkel (α, β) bezüglich der Achse (C) des verformbaren federnden Führungslagers (28) geneigt ist.
Selbstlenkende Achse nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (C) des verformbaren federnden Führungslagers (28) sich in Querrichtung erstreckt.
Selbstlenkende Achse nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (β) der Schiene (24) bezüglich der Querachse (C) des verformbaren federnden Führungslagers (28) einen geringen Wert aufweist und dass das verformbare federnde Führungslager (28) in Querrichtung entlang seiner Achse (C) gleiten kann.
Selbstlenkende Achse nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsschenkel (18) über eine zusätzliche Führungsanordnung mit dem Lenker (12) verbunden ist, die eine Führungswelle (58) aufweist, die sich im wesentlichen in einer waagrechten Ebene erstreckt und die um einen größeren Winkel (γ) bezüglich der Querachse (C) des verformbaren federnden Führungslagers (28) geneigt ist.
Selbstlenkende Achse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) der Schiene (24) bezüglich der Querachse (C) des verformbaren federnden Lagers (28) einen erhöhten Wert aufweist und dass das verformbare federnde Führungslager (28) ohne Spiel in Querrichtung eingebaut ist.
Selbstlenkende Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (24) eine elastische Rückholanordnung aufweist, die ihrer Bewegung in Richtung zur gegenüber liegenden Halbachse (10) hin entgegen wirkt und einen Anschlag aufweist, der ihrer Bewegung in Richtung von der gegenüber liegenden Halbachse (10) weg entgegen wirkt.
Selbstlenkende Achse nach Anspruch 7 in Kombination mit den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Rückholanordnung für die Führungsschiene (24), die ihrer Bewegung zur gegenüber liegenden Halbachse (10) hin entgegen wirkt, durch die verringerte Härte in Querrichtung des verformbaren federnden Führungslagers (28) gebildet wird, die der Bewegung der Schiene (24) in Richtung zur gegenüberliegenden Halbachse (10) hin erst am Ende des Verschiebeweges in Querrichtung des verformbaren federnden Führungslagers (28) entgegen wirkt und dass der Anschlag der Führungsschiene, der ihrer Bewegung in Richtung des Entfernens von der gegenüber liegenden Halbachse (10) weg entgegen wirkt aus der Führungswelle (58) besteht, die mit dem Achsschenkel (18) und mit dem Lenker (12) über Kugelgelenke verbunden ist und die dem Zug während der Bewegung der Schiene (24) bei der Entfernung von der gegenüber liegenden Halbachse (10) weg entgegen wirkt.
Selbstlenkende Achse nach Anspruch 7 in Kombination mit Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Rückholanordnung für die Führungsschiene (24); die ihrer Bewegung zur gegenüber liegenden Halbachse (10) hin entgegen wirkt durch das verformbare federnde Führungslager (28) gebildet wird, das eine verringerte Härte in Querrichtung zur gegenüber liegenden Halbachse hin aufweist und dass der Anschlag der Führungsschiene (24), der ihrer Bewegung bei der Entfernung von der gegenüber liegenden Halbachse weg entgegen wirkt durch das verformbare federnde Führungslager (28) gebildet wird, das eine erhöhte Härte in der Querrichtung des Entfernens von der gegenüber liegenden Halbachse weg aufweist.
Selbstlenkende Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen senkrechten Anschlag des Achsschenkels (18) für den Lenker (12) aufweist um einer Verschwenkung des Achsschenkels (18) um eine Achse zu verhindern, die durch das in Längsrichtung hinten liegende verformbare federnde Verbindungslager (20) und das verformbare quer angeordnete federnde Führungslager (28) verläuft.
Selbstlenkende Achse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der senkrechte Anschlag des Achsschenkels (18) für den Lenker (12) einen senkrecht ausgerichteten Feststellstab (46) aufweist, der vor der Achse (B) des Rades (22) angeordnet ist und dessen Enden mit dem Achsschenkel und mit dem Lenker (12) verbunden sind.
Selbstlenkende Achse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der senkrechte Anschlag des Achsschenkels (18) für den Lenker (12) ein elastisches Gelenk (56) zur senkrechten Halterung aufweist, das den Achsschenkel (18) direkt mit dem Lenker (12) verbindet und das eine erhöhte Härte in der senkrechten Richtung aufweist.
Selbstlenkende Achse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Gelenk (58) zur senkrechten Halterung eine verringerte Härte in einer waagrechten Richtung zur gegenüber liegenden Halbachse (10) hin aufweist und eine erhöhte Härte aufweist in einer waagrechten Richtung des Entfernens von der gegenüber liegenden Halbachse (10) weg.
Selbstlenkende Achse nach Anspruch 10 in Kombination mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Schwingarm (60) in Form eines liegenden Y aufweist, der sich im wesentlichen in einer waagrechten Ebene erstreckt, der um einen größeren Winkel (γ) bezüglich der Querachse (C) des verformbaren federnden Lagers (28) geneigt ist, der mit dem Achsschenkel (18) über ein Kugelgelenk (62) verbunden ist, das am Ende seines konvergierenden Armes angeordnet ist und der mit dem Lenker (12) über zwei elastische Lager (64) mit senkrechten Achsen verbunden ist, die an den Enden seiner divergierenden Arme angeordnet sind um zugleich die zusätzliche Führungsanordnung und den senkrechten Anschlag des Achsschenkels (18) zu bilden.
Selbstlenkende Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (24) die Gestalt einer flexiblen dreieckigen Platte aufweist, deren eine Ecke (26) mit dem verformbaren federnden in Querrichtung angeordneten Führungslager (28) verbunden ist und deren beide andere Ecken (33) mit dem Achsschenkel (18) verbunden sind.
Selbstlenkende Achse nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ecken (33) der dreieckigen Platte mit dem Achsschenkel über zwei elastische Ringe (34) mit senkrechten Achsen verbunden sind.
Selbstlenkende Achse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ecken (33) der dreieckigen Platte in steifer Weise mit dem Achsschenkel verbunden sind.
Selbstlenkende Achse nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschienen (24) der beiden Halbachsen (10) an ihren Verbindungsenden (26), die mit federnden Führungslagern (28) versehen sind, miteinander über eine quer angeordnete steife Koppelstange (54) verbunden sind zur Übertragung der Drehbewegungen der senkrechten Achse jedes Achsschenkels (18) der Achse.