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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Nutzfahrzeuge. Sie betrifft
insbesondere Fahrzeuge, die mit einer starren Vorderradachse ausgestattet sind,
die einer pneumatischen Aufhängungseinheit zugeordnet
ist. Genauer gesagt zielt sie auf eine Aufhängungseinheit ab, die eine
optimale Führung
der Vorderradachse gewährleistet
und gleichzeitig einen erheblichen vertikalen Hubspielraum der Letzteren erlaubt.
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Stand der Technik
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Insgesamt
erlaubt die Frontaufhängungseinheit
eines Fahrzeugs die Verbindung der Vorderradachse über eine
elastische Einrichtung und über Stoßdämpfer mit
dem Chassis. Es ist weit verbreitet, dass Nutzfahrzeuge mit pneumatischen
Aufhängungen
ausgestattet sind, die verglichen mit rein mechanischen Aufhängungen
einen besseren Komfort sowie andere Vorteile aufweisen. Eine pneumatische Aufhängung weist
also in erster Linie eine Luftfeder auf, die gleichzeitig mit der
Radachse und dem Chassis fest verbunden ist. Genauer gesagt ist
die Luftfeder mit den auf jeder Seite des Chassis vorhandenen Längsträgern verbunden.
Eine geeignete Steuerung der Luftfeder erlaubt die Höheneinstellung
der Längsträger bezogen
auf die Radachse.
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Für die Ausgestaltung
von pneumatischen Aufhängungen
für die
Vorderradachse wurden bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen.
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So
besteht eine erste Lösung
darin, die Radachse an einem verformbaren Federblatt zu montieren.
Dieses Federblatt ist an einem Ende mit den Längsträgern des Chassis verbunden.
Das andere Ende des Blatts ist über
eine schwenkbare Einrichtung wie eine Federlasche mit dem Chassis
verbunden. Die Luftfeder ist zwischen das verformbare Blatt und
den Längsträger gelegt.
Gemäß der Steuerung der
Luftfeder wird das Federblatt mehr oder weniger verformt, wobei
diese Verformung zu einem Verschwenken der Verbindungslasche des
Federblatts mit den Längsträgern führt.
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Eine
derartige Vorrichtung ist insbesondere in der
US 5 873 581 beschrieben. Diese Lösung weist eine
gewisse Anzahl von Unannehmlichkeiten auf.
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Der
Hubspielraum des Chassis bezüglich der
Radachse ist nämlich
relativ begrenzt, da er von der Verformungskapazität des Federblatts
abhängt. Damit
das Blatt nämlich
eine ausreichende Festigkeit aufweist, muss es ausreichend dick
sein, was die Möglichkeit
seiner Verformung einschränkt.
Umgekehrt führt
die Verformungsfähigkeit
des Federblatts zu einer schlechten Führung der Radachse, da sich das
Blatt aufgrund seiner, verglichen mit seiner Breite, relativ geringen
Dicke verdrehen kann. Es treten daher Querbewegungen der Radachse
auf, die für eine
gute Straßenführung nachteilig
sind.
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Eine
derartige Vorrichtung ist auch in den Druckschriften
US 60 86 077 und
WO 00 76 795 beschrieben.
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Ein
Problem, dessen Lösung
sich die Erfindung zur Aufgabe stellt, ist es, einen erheblichen Hubspielraum
des Chassis bezogen auf die Radachse zu erlauben, ohne eine Querbewegung
zu erzeugen.
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Es
wurde eine andere Lösung
vorgeschlagen, bei der die Radachse über zwei parallel angeordnete,
längs verlaufende
Schwingarme mit den Längsträgern verbunden
ist. Diese Schwingarme bilden mit einem fest mit der Radachse verbundenen Trägerteil
ein verformbares Parallelogramm. Die Steuerung der Luftfeder entfernt
die Radachse vom Längsträger oder
nähert
sie ihm an, indem sie ein Schwenken der parallelen Schwingarme bezüglich der
Längsträger bewirkt.
Zur Gewährleistung
des Ausgleichs der Querkräfte
weist die Vorrichtung einen quer verlaufenden Schwingarm auf, der
einen Längsträger mit
dem dem gegenüberliegenden Längsträger zugeordneten
Haltestück
verbindet. Diese Lösung
hat den Nachteil, eine schlechte Kinematik bereitzustellen, da sich
der quer verlaufende Schwingarm bei vertikalem Ausschlag der Radachse in
einem Kreisbogen bewegt. Die Bewegung dieses quer verlaufenden Schwingarms
führt also
zu Querbewegungen der Radachse, die die Straßenführung beeinträchtigen.
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Ein
Problem, dessen Lösung
sich die Erfindung zur Aufgabe stellt, ist die Gewährleistung
einer guten Führung
der seitlichen Radachse, wobei gleichzeitig die Querbewegungen der
Radachse bei vertikalem Ausschlag der letzteren so weit wie möglich ausgeschaltet
werden.
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Eine
andere Lösung
ist in der
EP 0 940 272 beschrieben,
bei der die Radachse unter einem starren Arm angebracht ist, der
bezogen auf die Längsträger schwenkt.
Die Einstellung der zwischen diesem starren Arm und dem Längsträger angeordneten Luftfeder
bewirkt das Schwenken des starren Arms. Zur Gewährleistung des Ausgleichs der
Querkräfte ist
das Vorhandensein eines quer verlaufenden Schwingarms mit den vorstehend
beschriebenen Nachteilen bezüglich
der entsprechenden Kinematik erforderlich.
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Eine
andere Lösung
wurde in der
US 6 015 158 beschrieben.
Bei dieser Lösung
ist die Radachse mit den Längsträgern über ein
flexibles Federblatt und einen Schwenkmechanismus verbunden. Genauer
gesagt ist die Radachse auf einem flexiblen Blatt angebracht, dessen
eines Ende mit den Längsträgern verbunden
ist. Das andere Ende dieses flexiblen Blatts ist mit einem Mechanismus
gelenkig verbunden, der die Luftfeder sowie ein elastisches Kontaktstück einschließt.
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Diese
Lösung
erlaubt es, die Dämpfungseffekte
der Luftfeder und des Kontaktstücks
aus Kautschuk zu vereinen. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil,
der der Verwendung eines Federblatts eigen ist, nämlich einen
geringen Hubspielraum und eine Tendenz, Querbewegungen zu erlauben,
die für die
Straßenführung verhängnisvoll
sind.
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Darstellung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft also eine pneumatische Frontaufhängungseinheit
für Nutzfahrzeuge.
Auf bekannte Weise umfasst diese Aufhängungseinheit:
- – eine
mit einem Paar von Längsträgern verbundene
Vorderradachse und
- – ein
Paar von Luftfedern, die die Höheneinstellung
der Radachse bezüglich
der Längsträger gewährleisten.
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Erfindungsgemäß ist die
Aufhängungseinheit
dadurch gekennzeichnet, dass sie auf jeder Seite
- – einen
starren Arm, dessen eines Ende an den Längsträgern angelenkt ist und dessen
anderes Ende die Radachse und den unteren Teil einer der Luftfedern
aufnimmt, und
- – ein
Paar von Schwingarmen umfasst, die über eine zur Radachse im Wesentlichen
parallele Achse aneinander angelenkt sind, wobei einer dieser Schwingarme,
und zwar der obere Schwingarm, an dem Längsträger angelenkt ist und der andere
Schwingarm, und zwar der untere Schwingarm, an dem starren Arm angelenkt
ist.
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Die
Aufhängungseinheit
weist auch ein insgesamt U-förmiges
Zusatzelement auf, das einen Stabilisatorstab bildet. Dieser Stabilisatorstab
umfasst:
- – eine
Querstange, die mit den unteren Stäben auf Höhe ihrer Anlenkungspunkte an
den starren Armen verbunden ist;
- – Schenkel,
die zu beiden Seiten der Querstange gelegen sind und mit den unteren
Schwingarmen verbunden sind.
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Anders
ausgedrückt
setzt sich die Aufhängung
auf jeder Seite aus einem verformbaren Parallelogramm zusammen,
das durch den Längsträger, den
starren Arm und die zwei angelenkten Schwingarme gebildet wird.
Die Radachse befindet sich in der Nähe des Scheitels dieses verformbaren
Parallelogramms, der der Anlenkung des starren Arms und des kennzeichnenden
unteren Schwingarms entspricht. Die Höheneinstellung des Chassis
bezogen auf die Radachse wird durch die Steuerung der Luftfeder
bestimmt, die also den Scheitel des vorstehend genannten Parallelogramms
mit dem entsprechenden Längsträger verbindet.
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Die
Höheneinstellung
des Längsträgers mit Bezug
auf das Chassis erfolgt ohne jegliche elastische Verformung der
verschiedenen, die Aufhängung
bildenden Elemente, sondern im Gegenteil durch die geometrische
Verformung des kennzeichnenden verformbaren Parallelogramms. Dadurch
ist es möglich,
den Hubspielraum des Längsträgers bezogen
auf die Radachse durch eine optimierte Wahl der Abmessungen jedes
der Elemente, und insbesondere der beiden kennzeichnenden Schwingarme, einzustellen.
Dadurch kann ein Hubspielraum in der Größenordnung von 250 Millimetern
erreicht werden verglichen mit Werten von 180 Millimetern, die im
Allgemeinen bei Fahrzeugen nach dem Stand der Technik beobachtet
werden.
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Außerdem ist
das Paar von kennzeichnenden Schwingarmen gemäß einer zur Radachse im Wesentlichen
parallelen Achse angelenkt, so dass diese Schwingarme wie zwei Federlaschen
mit relativ großer
Breite wirken.
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Diese
Ausgestaltung erlaubt den Ausgleich der Querkräfte. Die Aufhängung weist
also keinen quer verlaufenden Schwingarm auf, der, wie vorstehend
ausgeführt,
eine für
die Straßenführung nachteilige
Kinematik erzeugen würde.
Die Verformung des verformbaren Parallelogramms erfolgt also in
ein und derselben, im Wesentlichen vertikalen Ebene, ohne das Risiko,
dass sich die Radachse quer bewegt.
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In
der Praxis ist der starre Arm mit seinem vorderen Ende an dem Längsträger angelenkt,
so dass sich die kennzeichnenden Schwingarme in der Fortbewegungsrichtung
des Fahrzeugs hinter der Radachse befinden.
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Außerdem koppelt
der Stabilisatorstab die Verformung der beiden Aufhängungen
und gewährleistet
so eine Erhöhung
der Stabilisatorsteifigkeit, wobei diese Steifigkeit je nach der
Verwendung des Fahrzeugs angepasst sein kann.
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Vorteilhafterweise
sind in der Praxis die Schenkel des Stabilisatorstabs mit den unteren Schwingarmen
auf Höhe
ihrer Anlenkungen an den oberen Schwingarmen verbunden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Aufhängungseigenschaften
durch das Hinzufügen
von Zusatzdämpfern
verbessert, die sowohl an den Längsträgern als
auch an den starren Armen angelenkt sind.
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In
der Praxis weist jeder der starren Arme auf Höhe seines hinteren Endes eine
verbreiterte Zone auf, auf der der untere Teil der Luftfeder montiert
ist. Vorteilhafterweise ist in der Praxis diese verbreiterte Zone
mit der Oberseite der Radachse fest verbunden.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die
Art der Ausführung
der Erfindung sowie die sich aus ihr ergebenden Vorteile werden
aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsform mit Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen besser ersichtlich, in denen
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1 eine
zu drei Vierteln von hinten gesehene perspektivische Gesamtansicht
der rechten und der linken erfindungsgemäßen Aufhängungseinheit ist und
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2 und 3 Seitenansichten
der Aufhängungseinheit
von 1 sind, die in den beiden jeweiligen Einstellungspositionen
der Luftfeder gezeigt sind.
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Art der Ausführung der
Erfindung
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Wie
bereits ausgeführt
wurde, bezieht sich die Erfindung auf eine Aufhängungseinheit für die Vorderradachse
eines Nutzfahrzeugs.
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Genauer
gesagt und wie in 1 dargestellt ist, erlaubt eine
derartige Aufhängungseinheit
(1) die Höheneinstellung
des Chassis bezogen auf die Radachse. Bei der in 1 dargestellten
Ausführungsform
wird das Chassis lediglich durch zwei Längsträger (3, 4)
dargestellt, die sich auf beiden Seiten des Fahrzeugs befinden.
Die in 1 dargestellte Vorderradachse (2) erstreckt
sich zwischen den beiden Längsträgern (3, 4)
und setzt sich seitlich durch leicht umgebogene Abschnitte (5)
fort, die für
die Aufnahme der Achsschenkel bestimmt sind.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Aufhängungseinheit
auf jeder Seite einen starren Arm (7), der bezogen auf
die Längsträger (3)
angelenkt ist. Die Anlenkung an dem Längsträger (3) erfolgt über einen Federbock
(8). Der Federbock (8) ist mit seinem oberen Teil
(9) beispielsweise durch Verschrauben an dem Längsträger (3)
befestigt. Der untere Teil (10) des Federbocks (8) überspannt
das vordere Ende (11) des starren Arms (3) und
ermöglicht
den Durchgang einer Drehachse (12), die das vordere Ende dieses
Arms (3) durchquert.
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Dieser
starre Arm setzt sich nach hinten fort und verbreitert sich dabei,
so dass er eine Plattform (15) bildet, die für die Aufnahme
des unteren Teils der Luftfeder (16) bestimmt ist. Genauer
gesagt wird der Fuß (17)
der Luftfeder (16) beispielsweise durch Verschrauben an
dieser die Plattform bildenden verbreiterten Zone (15)
festgelegt. Diese verbreiterte Zone (15) wird auch mit
der Oberseite (20) der Radachse (2) verschraubt,
so dass die Radachse (2) also bezüglich der Längsträger (3, 4)
um die Achse (12) schwenken kann. Die das Ende des starren
Arms (7) bildende Plattform (15) weist an ihrem
hinteren Teil einen Drehzapfen (21) auf. Dieser Drehzapfen
(21) nimmt einen von zwei parallelen vertikalen Platten (23, 24)
gebilde ten Schwingarm (22) auf. Gegenüber der auf den Arm (7)
bezogenen Drehachse (25) ist der untere Schwingarm (22)
bezogen auf den oberen Schwingarm (26) um die Achse (27)
angelenkt. Die Achse (27) ist im Wesentlichen parallel
zur Radachse (2). Der obere Schwingarm (26) umfasst
an jedem seiner Enden einen Drehzapfen (28, 29)
und zwei parallele Platten (30, 31), deren Breite
im Wesentlichen dem Abstand entspricht, der die den unteren Schwingarm
(22) bildenden Platten (23, 24) trennt. Der
obere Drehzapfen (29) des oberen Schwingarms (26)
ist bezogen auf eine an dem Längsträger (4)
befestigte Abdeckung (33) angelenkt.
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Auf
diese Weise bildet die aus dem Längsträger (3),
dem oberen Schwingarm (26), dem unteren Schwingarm (22)
und dem starren Arm (7) bestehende Einheit ein verformbares
Parallelogramm, dessen Scheitel von den vier Drehachsen (12, 25, 27, 32)
gebildet werden.
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Die
Verformung dieses Parallelogramms wird durch das Einwirken der Luftfeder
(16) gewährleistet.
Wie bereits ausgeführt,
ist der Fuß (17)
der Luftfeder (16) an dem hinteren Ende des starren Arms
(3) festgelegt. Der Kopf (18) der Luftfeder ist seinerseits über ein
Trägerteil
(33) mit dem Längsträger (3)
fest verbunden. Eine zweckmäßige Versorgung
der Luftfeder (16) erlaubt es also, die Höheneinstellung
zwischen dem starren Arm (7), und also der Radachse (2),
und dem Längsträger (3)
zu gewährleisten.
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Zusätzlich weist
die Aufhängungseinheit ebenfalls
einen hydraulischen Dämpfer
(35) auf, der an dem Längsträger (3)
und auf dem starren Arm (7) angelenkt ist. Dieser Dämpfer (35)
vervollständigt
die durch die Luftfeder (16) gewährleistete Aufhängungsfunktion.
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Wie
in 1 gezeigt ist, sind die beiden auf jeder Seite
des Fahrzeugs befindlichen Aufhängungseinheiten
durch einen Stabilisatorstab (36) miteinander gekoppelt.
Der Stabilisatorstab (36) umfasst einen Querträger (37),
der zwischen den unteren Enden der unteren Schwingarme (22)
angebracht ist. Der Querträger
(37) ist kolinear zur Schwenkachse (25) der unteren
Schwingarme (22) bezogen auf den starren Arm (3)
montiert. Der Querträger
(37) wird durch zwei seitliche Schenkel (38, 39)
vervollständigt,
deren freie Enden (40, 41) wiederum auf Höhe der Drehachsen
(27) des oberen Schwingarms (26) und des unteren
Schwingarms (22) festgelegt sind. Bei der gezeigten Ausführungsform
wurde zur leichteren Verständlichkeit
der Stabilisatorstab (36) vor seiner Montage dargestellt.
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Unter
Berücksichtigung
der Breite des oberen Schwingarms (26) und des unteren
Schwingarms (22) werden die Querkräfte auf Höhe der Drehachsen (25, 27, 32)
des oberen Schwingarms (26) und des unteren Schwingarms
(22) bezüglich
einander und gleichzeitig bezogen auf die Längsträger (3, 4)
und die starren Arme (7) ausgeglichen. Man erhält dadurch
eine hervorragende Querführung,
die eine Verbesserung der Straßenführung des
Fahrzeugs erlaubt.
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2 und 3 stellen
zwei verschiedene Höheneinstellungspositionen
des Längsträgers bezogen
auf die Radachse dar. So wird die Luftfeder (16) in 2 in
ihrer kompaktesten Ausführung
dargestellt. In diesem Fall bilden der obere Schwingarm (26)
und der untere Schwingarm (22) im Wesentlichen einen spitzen
Winkel, so dass sich der starre Arm (7) in seiner nähesten Position
zum Längsträger (3)
befindet. Bei dieser Figur ist also der Abstand zwischen der Radachse
(2) und dem Längsträger (3) verringert.
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Umgekehrt
befindet sich die Luftfeder (16) in der in 3 gezeigten
Situation in ihrer am meisten entfalteten Ausgestaltung. In diesem
Fall bilden der untere Schwingarm (22) und der obere Schwingarm (26)
miteinander einen stumpfen Winkel und der starre Arm (7)
befindet sich in seiner vom Längsträger (3) am
weitesten entfernten Position.
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Die
beiden Längsträger (3)
befinden sich also in einer bezogen auf die Radachse (2)
oberen Position.
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Der
Hubspielraum des Längsträgers (3)
bezogen auf die Radachse (2), der dem gemessenen Höhenunterschied
zwischen 2 und 3 entspricht,
beträgt
mehr als 250 Millimeter, verglichen mit einem Hubspielraum von 180
Millimeter, wie er im Allgemeinen bei Aufhängungen der gleichen Kategorie
zu beobachten ist.
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Aus
dem Vorstehenden ergibt sich, dass die erfindungsgemäße Aufhängungseinheit
vielfältige Vorteile
aufweist, vor allem den, dass ein relativ erheblicher Hubspielraum
der Radachse bezogen auf das Chassis erlaubt wird, wobei gleichzeitig
eine fehlerlose Querführung,
d. h. mit einem rein vertikalen Ausschlag der Radachse gewährleistet
wird.