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Die
Erfindung betrifft im allgemeinen Kraftfahrzeuge und vor allem die
Verbindungen dieser Fahrzeuge mit dem Boden.
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Genauer
betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Karosserie,
mindestens zwei auf dem Boden ruhende Räder und eine die Karosserie
mit den Rädern
verbindende Achse, wobei diese Achse selbst für jedes Rad einen Achsschenkel
umfasst, auf dem das besagte Rad in Rotation um eine transversale
Achse montiert ist, einen etwa längs
mit der Karosserie durch ein erstes Ende verbundenen Arm, und Verbindungsmittel
des Achsschenkels mit einem zweiten Ende des Arms gegenüber dem
ersten, wobei die Achse weiterhin einen etwa transversalen Verbundlenker
umfasst, der mit den jeweiligen Armen der zwei Räder verbunden ist.
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Derartige
Fahrzeuge sind nach dem Stand der Technik bekannt, siehe zum Beispiel
US 2003/0038441 , und
umfassen mit Längsarmen
verbundene Achsschenkel.
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Wenn
das Rad auf ein Hindernis auf dem Boden trifft, erfährt dieses
Rad eine Beanspruchung mit einer vertikalen und einer länglichen
Komponente.
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Dieses
Hindernis kann eine Bodenunebenheit, ein Stein, ein Loch oder jeder
andere Gegenstand oder hervorstehende oder abfallende Ausbildung
in bezug auf den Boden sein.
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Die
vertikale Komponente wird von der Fahrzeugaufhängung gedämpft, bevor sie an die Karosserie
weitergeleitet wird, und von den Insassen nicht sehr plötzlich wahrgenommen.
Die längliche
Komponente hingegen wird von der Aufhängung nicht gedämpft und
von den Fahrzeuginsassen wie ein Aufprall wahrgenommen.
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Bekannt
ist vorzusehen, dass die Achse eine Längsverschiebung der Radmitte
erlaubt, wenn dieses Rad auf ein Hindernis trifft, um dieses zu
mildern und die Empfindungen der Insassen zu verbessern.
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Mit
diesem Ziel wird eine Achse gewählt,
deren Kinematik die Radmitte zwingt, bei einem Hindernis eine Drehbewegung
um eine transversale Achse durchzuführen, die sich un mittelbar
unter der Radbasis befindet, das heißt unter dem Kontaktpunkt zwischen
dem Rad und dem Boden, wie 1 zeigt.
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Da
der Hebelarm zwischen der Rotationsachse und der Radmitte größer ist
als der Hebelarm zwischen der Rotationsachse und der Radbasis, kann
die Achse in der Radmitte eine relativ geringere Starrheit und an
der Radbasis eine relativ stärkere Starrheit
aufweisen.
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In
diesem Zusammenhang hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine
neue Lösung
vorzuschlagen, um bei einem Hindernis die Längsverschiebung der Radmitte
zu lenken und um die Längskomponente
der aus der Überwindung
dieses Hindernisses durch das Rad resultierenden Beanspruchung zu
dämpfen.
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Zu
diesem Zweck ist das erfindungsgemäße Fahrzeug, das im übrigen der
Definition des Oberbegriffs der obigen Einleitung entspricht, im
wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel
Mittel zur Führung
des Achsschenkels über
eine längliche
Kurvenbahn umfassen, und elastische Mittel zwischen dem Achsschenkel
und dem Arm, die den Achsschenkel in eine Ruhestellung zurückrufen,
wenn sich dieser entlang der besagten Kurvenbahn bewegt.
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Die
besagte Bahn ist in vorteilhafter Weise ein Kreisbogen, der auf
einem Punkt in der Nähe
des Kontaktpunkts des Rades mit dem Boden zentriert ist.
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Weiterhin
kann das Fahrzeug ein oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen.
- – Die
Führungsmittel
umfassen mindestens ein Langloch, das auf einem der Achsschenkel
oder der Arme eingearbeitet ist, und ein Führungsorgan, das mit dem anderen
Achsschenkel oder Arm verbunden ist und frei gleitend in das Langloch
eingreift.
- – Die
elastischen Mittel können
aus elastischen Keilen bestehen.
- – Die
elastischen Keile können
aus Polyurethan beste hen.
- – Die
Achse kann für
jedes Rad einen transversalen Radschenkel umfassen, der mit dem
Achsschenkel verbunden ist und das Rad hält, wobei dieser Schenkel ein
inneres Ende aufweist, das in eine Aufnahme des Arms eingreift,
die durch erste und zweite Böden
jeweils erster und zweiter gegenüberliegender
Längsseiten
geschlossen ist, wobei sich die elastischen Keile längs zwischen dem
inneren Ende des Radschenkels und dem ersten und zweiten Boden befinden.
- – Die
Führungsmittel
können
vier Langlöcher
und vier entsprechende Führungsorgane
umfassen, die die Winkel eines Vierecks belegen, das etwa senkrecht
zum Radschenkel steht und von dem besagten Schenkel durchquert wird.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich klar aus ihrer
nachfolgenden Beschreibung, die hinweisend und keinesfalls beschränkend ist
und sich auf die Figuren in der Anlage bezieht, von denen:
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die 1 eine
schematische Darstellung der Bewegung der Radmitte ist, wenn das
Rad auf ein Hindernis auf dem Weg trifft,
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die 2 eine
perspektivische Teilansicht der Achse eines Fahrzeugs nach dem Stand
der Technik ist,
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die 3 eine
perspektivische Teilansicht der Achse eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung
ist,
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die 4 eine
perspektivische Explosionsansicht des Achsschenkels, des Längsarms
und ihrer Verbindungsmittel ist,
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die 5A bis 5C perspektivische
Ansichten sind, die die Konfiguration der Elemente der 4 jeweils
nach Schwenken des Achsschenkels an einer ersten Längsseite
in Ruhestellung und nach Rotation des Achsschenkels an einer zweiten
Längsseite,
die der ersten gegenüberliegt,
zeigt, mit einem Ausriss, um die elastischen Keile zeigen zu können,
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die 6 eine
transversale Seitenansicht gemäß dem Pfeil
VI von der 3 ist, und
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die 7 eine
vergrößerte Ansicht
eines Details VII der 6 ist.
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Das
Kraftfahrzeug, dessen Achse auf der 2 dargestellt
ist, umfasst eine Karosserie (nicht dargestellt), vier auf dem Boden
ruhende Räder 10 und
mindestens eine Achse 20, die die Karosserie mit zwei Vorderrädern oder
mit zwei Hinterrädern
verbindet.
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Diese
Achse 20 umfasst für
jedes Rad 10 einen Achsschenkel 30 mit einem Zapfen 70,
auf dem das besagte Rad 10 in Rotation um eine transversale Achse
montiert ist, einen etwa längs
mit der Karosserie durch ein erstes Ende 41 verbundenen
Arm 40 und Verbindungsmittel 50 des Achsschenkels 30 mit einem
zweiten Ende 42 des Arms 40 gegenüber dem ersten,
wobei die Achse 20 weiterhin einen etwa transversalen deformierbaren
Verbundlenker 60 umfasst, der mit den jeweiligen Armen 40 der
zwei Räder 10 verbunden
ist.
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Der
Zapfen 70 erstreckt sich transversal und ist mit dem Achsschenkel 30 verbunden.
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Der
Verbundlenker 60 ist aus Pressblech gefertigt und über seine
zwei gegenüberliegenden
Enden mit mittigen Bereichen der zwei Längsarme 40 verbunden.
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Jeder
Längsarm 60 ist
an der Karosserie um eine etwa transversale oder in Bezug zur transversalen
Richtung leicht geneigte Achse 411 angelenkt und weist
zu diesem Zweck ein ringförmig
ausgebildetes erstes Ende 41 auf, das die transversale
Achse 411 umgibt, wobei ein zylindrischer elastischen Keil zwischen
dem besagten Ring und der Achse zwischengelagert ist.
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Auf
der 2 ist zu sehen, dass das Fahrzeug außerdem eine
Aufhängung
mit einer Spiralfeder 80 und einem Stoßdämpfer (nicht dargestellt) umfasst,
die vertikal zwi schen dem zweiten Ende 42 des Arms 40 und
der Karosserie zwischengelagert sind.
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Erfindungsgemäß umfassen
die Verbindungsmittel 50, die auf der 4 zu
sehen sind, zwischen dem Achsschenkel 30 und dem Arm 40 Mittel 51 zur
Führung
des Achsschenkels in Verschiebung in Rotation über eine längliche Kurvenbahn, und elastische
Mittel 52 zwischen dem Achsschenkel 30 und dem
Arm, die den Achsschenkel 30 in eine Ruhestellung zurückrufen,
wenn sich dieser entlang der besagten Kurvenbahn bewegt.
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Wie
auf 3 zu sehen ist, ist die besagten Bahn ein Kreisbogen,
der auf einen Punkt A in der Nähe
des Kontaktpunkts B des Rades 10 mit dem Boden zentriert
ist.
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Auf
der 4 ist zu sehen, dass der Achsschenkel 40 eine
flache, etwa senkrecht zur transversalen Richtung verlaufende Metallplatte
ist, die eine allgemeine rechteckige Form aufweist.
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Der
Arm 40 umfasst an seinem zweiten Ende 42 ein kassettenförmiges Teil 43,
das eine parallelepipedische Aufnahme 431 definiert mit
einer offenen Außenseite.
Die besagte Seite erstreckt sich senkrecht zur transversalen Richtung
und ist von einem Flansch 432 umgeben, der eine flache,
etwa senkrecht zur transversalen Richtung verlaufende Außenfläche aufweist,
auf der der Achsschenkel 30 angesetzt ist.
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Die
Aufnahme 431 ist von allen anderen Seiten geschlossen und
weist erste und zweite Böden 433/434 auf,
die jeweils parallel zu den zwei gegenüberliegenden Längsseiten
stehen.
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Weiterhin
ist auf der 4 zu sehen, dass die Führungsmittel 51 vier
Langlöcher 511 umfassen, die
auf dem Achsschenkel 30 eingearbeitet sind, und vier mit
dem kassettenförmigen
Teil 43 verbundene Führungsmittel 512,
von denen jedes frei gleitend in ein Langloch 511 eingreift.
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Die
vier Langlöcher 511 sind
in der Nähe
der vier Ecken der Achsschenkelplatte 30 angeordnet und
belegen demzufolge die Ecken eines Vierecks. Zwei der Langlöcher sind entlang
einer oberen Kante des Achsschenkels 30 in länglicher
Verlängerung
zueinander angeordnet und liegen auf einem selben ersten Kreis,
der auf den Punkt A zentriert ist. Zwei andere Langlöcher sind
entlang einer unteren Kante des Achsschenkels 30 in Verlängerung
zueinander angeordnet und liegen auf einem selben zweiten Kreis,
der auf den Punkt A zentriert ist, mit einem kleineren Radius als
der erste Kreis.
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Die
Führungsorgane 512 sind
zum Beispiel Bundschrauben, die jeweils einen Kopf und einen Schaft
umfassen, der sich vom Kopf aus durch die Löcher 511 bis zu einer
gewindeten Öffnung 435 erstreckt,
die in den Flansch 432 des kassettenförmigen Teils 43 eingearbeitet
ist. Der Schaft weist ein freies gewindetes Ende gegenüber dem
Kopf auf, das in die entsprechende Öffnung 435 geschraubt wird.
Der Durchmesser des Schraubenkopfes 512 ist größer, als
das entsprechende Langloch 511 breit ist.
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Wie
auf der 4 zu sehen ist, durchquert der
Schenkel 70 die Achsschenkelplatte 30 durch eine
Durchgangsöffnung 31 und
weist ein inneren Ende 71 auf, das in der Aufnahme 431 angeordnet ist,
und ein äußeres Ende 432,
das dem inneren Ende gegenüberliegt
und in Bezug zum Achsschenkel 30 nach außerhalb
des Fahrzeugs herausragt.
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Das
Rad 10 ist auf dem äußeren Ende 72 befestigt,
das einen runden Querschnitt aufweist.
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Die
elastischen Mittel 52 werden von elastischen Keilen 52 gebildet,
die sich längs
zwischen dem inneren Ende 71 des Radzapfens 70 und
den ersten und zweiten Böden 433 und 434 der
Aufnahme 431 befinden.
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Der
oder die elastischen Keile bestehen jeweils aus einem parallelepipedischen
Block aus einem elastischen Werkstoff. Aus Gründen der Integration, der Schwingungsfiltration
und des Platzgewinns sind diese Keile vorzugsweise aus einem Werkstoff gefertigt,
dessen Volumen nicht linear mit der auf ihn ausgeübten Beanspruchung
variiert und aus dem Keile gefertigt werden können, deren Starrheit und Dämpfung innerhalb
eines breiten Bereichs variieren. Damit sind die Merkmale der Achse
an das beim Entwurf des Fahrzeugs festgelegte Lastenheft problemlos
anpassbar.
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Die
Keile bestehen typischerweise aus Polyurethan oder aus einem analogen
Werkstoff.
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Das
innere Ende 71 des Zapfens bildet einen hohlen Kasten als
rechteckiges Parallelepiped aus, der an den zwei gegenüberliegenden
Längsseiten
offen ist und von einer mittleren transversalen vertikalen Trennwand 74 des
Kastens in zwei Sitze 73 zur Aufnahme der Keile 521 unterteilt
wird (s. 4).
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Die
zwei Keile 521 stützen
sich auf einer Seite auf den ersten oder zweiten Boden 433 oder 434 und
auf der anderen Seite auf der mittleren Trennwand 74 ab.
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Auf
der 5B ist zu sehen, dass die Keile in Ruhestellung
auf den Zapfen Kräfte
ausüben,
die in umgekehrte Richtungen mit demselben absoluten Wert ausgerichtet
sind, so dass das erste Ende 71 des Zapfens 70 längs in der
Mitte der Aufnahme 431 positioniert ist.
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Man
versteht unter Ruhestellung die Situation, in der das Rad 10 keine
Längsbeanspruchung
erfährt.
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Wenn
das Rad 10 von einer ersten Längsseite von einem Hindernis
auf der Straße
beansprucht wird, verschieben sich der Zapfen 70 und der
Achsschenkel 30 gemeinsam von dieser ersten Seite in Bezug
zum Arm 40, wie auf der 5A veranschaulicht
ist. Der elastische Keil 521, der sich an dieser ersten
Seite befindet, wird zwischen dem Radzapfen 70 und dem
ersten Boden 433 zusammengedrückt, währenddessen sich der an der
anderen Seite befindliche Keil 521 ausdehnt. Parallel verschieben
sich die vier Langlöcher 511 von
der ersten Seite in Bezug zu den Führungsorganen 512 derart,
dass der Achsschenkel und der Schenkel eine kreisbogenförmige Verschiebung
zentriert auf dem Punkt A erfahren.
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Die 5C veranschaulicht
den Fall, wenn das Rad 10 von der zweiten Längsseite
von einem auf der Straße
befindlichen Hindernis beansprucht wird. Der Achsschenkel 30 und
der Zapfen 70 verschieben sich dann symmetrisch in Bezug
zu der Situation von der 5A von
der zweiten Seite gemäß einem
auf den Punkt A zentrierten Kreisbogen und drücken den Keil 521,
der sich an dieser zweiten Seite befindet, zusammen, wobei sich
der andere Keil 521 ausdehnt.
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Das
Verhältnis
zwischen der auf das Rad ausgeübten
Beanspruchung und der Verschiebung des Nabenträgers hängt von der Elastizität des Keils ab.
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Außerdem wird
die Längsverschiebung
des Achsschenkels 30 von einer Dämpfung der auf das Rad ausgeübten Längsbeanspruchung
begleitet.
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Die
Elastizität
und die Dämpfungsfähigkeit sind über die
Zusammensetzung des den Keil bildenden Werkstoffs und der Geometrie
des Keils variierbar.
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Schließlich ist
darauf hinzuweisen, dass die den Zapfen 70 aufnehmende Öffnung 31 des
Achsschenkels 30 innerhalb des Vierecks angeordnet ist, dessen
Langlöcher 511 die
Oberseiten belegen, um eine gute Rotationsführung der Radmitte 11 zu
gewährleisten.
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Das
oben beschriebene Fahrzeug kann zahlreiche Varianten aufweisen,
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die
Langlöcher 511 können von
dem Flansch des kassettenförmigen
Teils getragen werden und nicht vom Nabenträger. In diesem Fall sind die
Führungsorgane 512 mit
dem Nabenträger
verbunden.
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Die
Führungsmittel 51 können weniger
oder mehr als vier Langlöcher
umfassen. Es ist mindestens ein Langloch notwendig, um die Bewegung
des Achsschenkels zu führen.
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Es
ist gut verständlich,
dass das erfindungsgemäße Fahrzeug
signifikante Vorteile aufweist.
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Mit
den Verbindungsmitteln zwischen dem Nabenträger und dem Arm kann die Verschiebung der
Radmitte in Abhängigkeit
von der auf das Rad einwirkenden Beanspruchung kontrolliert und
die Radmitte entlang einer Bahn, die ein Kreisbogen ist, der auf
einen Punkt in der Nähe
der Radbasis zentriert ist, geführt
werden.
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Die
elastischen Keile erlauben, die Längskomponente der auf das Rad
ausgeübten
Beanspruchung vor Übertragung auf
die Karosserie zu dämpfen,
wodurch der Komfort der Insassen erhöht wird.
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Diese
Verbindungsmittel sind einfache mechanische Mittel und besonders
kompakt.
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Über die
Zusammensetzung des Werkstoffs, der die Keile bildet, und ihre Geometrie
sind die Elastizitäts-
und Dämpfungsmerkmale
der Achse über
einen großen
Bereich variierbar, weswegen die Achse problemlos an das beim Entwurf
des Fahrzeugs festgelegte Lastenheft anpassbar ist.