DE69727925T2

DE69727925T2 - Aufhängungssystem mit laminatlenker

Info

Publication number: DE69727925T2
Application number: DE69727925T
Authority: DE
Inventors: K. Ervin VANDENBERG
Original assignee: Meritor Heavy Vehicle Braking Systems UK Ltd; SUSPENSIONS Inc CANAL FULTON
Current assignee: Meritor Heavy Vehicle Braking Systems UK Ltd; SUSPENSIONS Inc CANAL FULTON
Priority date: 1996-05-09
Filing date: 1997-05-08
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2017-05-09
Also published as: CA2253670A1; EP0897339A4; DE69727925D1; EP0897339B1; AU3120497A; ES2216153T3; CA2253670C; EP0897339A1; BR9709056A; WO1997042046A1; US5788263A

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein verbessertes Fahrzeugaufhängungssystem. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Aufhängungssystem in Lenkerausführung, das ein Paar Lenker bereitstellt, die sowohl leichtgebaut als auch einfach herzustellen sind. Die Erfindung betrifft speziell ein Aufhängungssystem mit einem Laminatlenker, der sich um die Achse herum und zwischen der Achse und der Auflagekonsole erstreckt.
Stand der Technik
Das Straßengütertransportgewerbe sieht sich einer dramatischen Steigerung der mit dem Transport von Waren verbundenen Kosten gegenüber. Zusätzlich sind die Gewichtsbeschränkungen für Lastkraftwagen im Straßeneinsatz zunehmend strenger geworden. Aus diesen Veränderungen im Straßengütertransportgewerbe ergab sich ein Bedarf an Aufhängungssystemen, die leichtgebaut sind und zunehmend größere Lasten sicher abstützen können.
Aufhängungssysteme gibt es in einer Vielzahl von Formen, zu denen Parallelogrammaufhängungen sowie Aufhängungen in Vorlauf- und Nachlauflenkerausführung zählen. Allgemein beinhalten Aufhängungen in Vorlauf- und Nachlauflenkerausführung ein Paar sich in Längsrichtung erstreckender Lenker, die entweder flexibel oder starr sein können, von denen jeweils einer angrenzend an zwei sich in Längsrichtung erstreckende Rahmenträgern angeordnet ist, die sich unter dem Körper des Lastkraftwagens oder Anhängers befinden. Diese Lenker sind schwenkbar an einem Ende mit einer Auflagekonsole verbunden, die sich vom Rahmen aus nach unten erstreckt, wobei sich eine Achse zwischen den Lenkern angrenzend an das andere Ende erstreckt. Zusätzlich ist eine Luft- oder Schraubenfeder allgemein zwischen jedem Rahmenträger und einem entsprechenden Lenker positioniert. Der Lenker kann sich vom Schwenkmittel aus nach vorne oder nach hinten erstrecken, um so einen Vorlauf- bzw. Nachlauflenker zu definieren. Aufhängungssysteme in Lenkerausführung werden für eine beträchtliche Anzahl von Lastkraftwagen und Anhängern verwendet und müssen eine ausreichende Festigkeit besitzen, um einer Seiten- und Axialauslenkung widerstehen zu können und dabei stabil zu bleiben. Seitenkräfte wirken in vielfältiger Weise auf ein Aufhängungssystem ein, wobei die üblichste diejenige ist, bei der Seitenkräfte auf eine Aufhängung einwirken, während ein Fahrzeug durch eine Kurve fährt. Bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs wirkt eine Scherbeanspruchung zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche ein, die bewirkt, daß eine Seitenkraft durch die Reifen/Rad-Einheit auf die Achse übertragen wird. Die Achse, die starr an der Aufhängung befestigt ist, überträgt die Seitenkraft auf den Lenker, so daß dieser eine Seitenauslenkung vornehmen kann. Diese Seitenauslenkung kann extrem sein und unter gewissen Belastungsbedingungen bewirken, daß die Reifen in Kontakt mit den Fahrzeugrahmenträgern kommen.
Alternativ sind Parallelogrammaufhängungen entwickelt worden, um eine Reihe von Problemen im Zusammenhang mit Aufhängungen in Nachlauflenkerausführung zu lösen. Parallelogrammaufhängungen sind jedoch in sich nicht wankstarr und bieten in sich keine Seitensteifigkeit. Dennoch nimmt ihre Beliebtheit zu, da parallelogrammstabilisierte Aufhängungen eine vollständige Nutzung der Luftfederkapazität zulassen, weil die obere und die untere Luftfederplatte während der gesamten Axialhubvorgänge im wesentlichen parallel bleiben. Genauer gesagt: Wenn die Luftfeder an einem bewegbaren Verbindungsglied des Parallelogramms montiert ist, kann die vollständige Hubkapazität der Luftfeder genutzt werden, während sich bei der typischen Nachlaufarmkonstruktion die Luftfeder bogenförmig bewegt oder sich "auffächert", wobei sich die hintersten internen Verstärkungsfasern der Feder dehnen und das vordere Teil der Luftfeder nicht vollständig genutzt wird.
Wankstabilität bezieht sich auf die Gegenkräfte, die auf das Ende einer Achse einwirken, wodurch bewirkt wird, daß sich ein Ende der Achse im Verhältnis zum Rahmen über eine größere Distanz als das andere Ende der Achse anhebt. Wankinstabilität tritt auf, wenn sich der Fahrzeugrahmen im Verhältnis zur Achse übermäßig neigt oder übermäßig wankt; wenn beispielsweise das Fahrzeug so um eine Kurve fährt, daß die Fliehkräfte und die Beschleunigungskräfte, die auf das kurveninnere Rad einwirkenden, abwärts gerichteten Kräfte reduzieren und die auf das kurvenäußere Rad einwirkenden, abwärts gerichteten Kräfte bis zu dem Punkt erhöhen, an dem die Kontrolle über das Fahrzeug verlorengeht oder das Fahrzeug umkippt. Eine gewisse Wankflexibilität ist erforderlich, damit sich die Achse im Verhältnis zum Rahmen bewegen kann; beispielsweise während einer Diagonalversetzung der Achse.
Eine Diagonalversetzung der Achse tritt auf, wenn die Räder an den gegenüberliegenden Enden der Achse auf unterschiedliche Unebenheiten in einer Straßen- oder Geländeoberfläche treffen, wenn beispielsweise ein Rad einen Kantenstein überfährt. Während das Rad über den Kantenstein fährt, wirkt eine nach oben gerichtete Kraft auf dieses Rad ein, und eine nach unten gerichtete Gegenkraft wirkt auf dasjenige Rad ein, das nicht über den Kantenstein fährt. Wenn die Aufhängung nicht in der Lage ist, für eine Flexibilität zwischen der Achse und dem Rahmen, während sich die Reifen/Rad-Einheit über den Kantenstein oder eine Bodenunebenheit bewegt, oder alternativ für eine Flexibilität zwischen der Achse und dem Rahmen zu sorgen, während das Fahrzeug eine Kurve umfährt, verhält sich die Aufhängung wankstarr und kann Fahrzeugbauteile übermäßig beanspruchen.
Wankstarre Aufhängungen werden verwendet, um den hohen Schwerpunkt von Fahrzeugen, wie beispielsweise auf Autobahnen eingesetzte Anhänger, zu stabilisieren. In diesen Anwendungen wird gerade soviel Wanknachgiebigkeit zugelassen, daß die Achsaufhängung unebenes Gelände bewältigen kann, ohne den Fahrzeugrahmen oder die Achse übermäßig zu beanspruchen. Die Wankwinkel der Achse oder des Rahmens sind in wankstarren Aufhängungen typischerweise auf 2 bis 3 Grad begrenzt. Das heißt, wenn die gesamte Belastung auf den Reifen oder die Reifen auf einer Seite des Fahrzeugs übertragen wird und der Reifen oder die Reifen auf der anderen Seite des Fahrzeugs vollständig ohne Bodenkontakt sind, erreicht der Winkel der Achse im Verhältnis zum Rahmen bei einer typischen wankstarren Aufhängung lediglich etwa 2 bis 3 Grad.
Andererseits werden wankflexible Aufhängungen für niedrige und mehrachsige Fahrzeuge verwendet, die mit anderen Aufhängungen stabilisiert werden. In diesen Situationen dienen die flexiblen Aufhängungen lediglich dazu, die Tragfähigkeit des Lastkraftwagens zu erhöhen. In diesen Anwendungen ist die Zugkraft von größter Bedeutung, da eine flexible Aufhängung es den Reifen erlaubt, in Kontakt mit dem Boden zu bleiben. Die Reifen müssen in Kontakt bleiben, um sicherzustellen, daß die erhöhte Tragfähigkeit des Fahrzeugs über den Rahmen gleichmäßig auf den Boden übertragen wird, ohne die Fahrzeugrahmenkonstruktion übermäßig zu beanspruchen. Unabhängig davon, ob eine wankstarre oder wankflexible Aufhängung verwendet wird, muß die Aufhängung wankstabil sein und für die erforderliche Wank- und Seitenführung sorgen, um sicherzustellen, daß das gesamte Fahrzeug stabil ist.
Traditionell wird für Lastkraftwagen- und Anhängeraufhängungen eine elastische Verbindung zwischen Achse und Lenker verwendet, oder die Aufhängung beinhaltet alternativ einen flexiblen oder federnden Lenker, um die im Fahrzeugbetrieb auftretenden Vertikalkräfte erfolgreich aufnehmen zu können. Alternativ stellt das US-Patent 4,166,640 eine dreifunktionale elastische Schwenkverbindung zwischen dem Lenker und der Auflagekonsole bereit, um für einen größeren Auslenkungsgrad in Reaktion auf Flieh- und Beschleunigungskräfte und für einen kleineren Radialauslenkungsgrad in Reaktion auf entlang der Axiallänge des Lenkers wirkende Kräfte zu sorgen. Das Patent '640 stellt somit einen starren Lenker in Verbindung mit einer starren Achse/Lenker-Verbindung bereit, wobei der Lenker über die elastische Hülse am Rahmen befestigt ist, so daß auf auf die Achse einwirkende Vertikalkräfte reagiert werden kann, um eine wankstabile Aufhängung zu schaffen.
Da Hülsen und folglich Montageplatten und Montagestifte für starre Achse/Lenker-Verbindungen nicht erforderlich sind, können Aufhängungssysteme mit starren Achse/Lenker-Verbindungen mit wesentlich geringerem Gewicht als Aufhängungssysteme hergestellt werden, die elastische Achse/Lenker-Verbindungen erfordern. Zusätzlich lassen sich starre Lenker mit geringeren Kosten als federnde Lenker herstellen, und starre Lenkeraufhängungen sind somit kostengünstiger als federnde Lenkeraufhängungen. Eine Aufhängung mit diesen Merkmalen ist somit sowohl leichtgebaut als auch preiswert.
Das US-Patent 5,037,126 wendet das Grundkonzept einer im Patent '640 dargestellten dreifunktionalen Hülse an und stellt eine starre Achsen/Lenker-Verbindung bereit.
Das Patent 5,366,237 beschreibt eine starre Achsen/Lenker-Verbindung in Verbindung mit einem starren Lenker und einer dreifunktionalen Hülse. Die im Patent '237 beschriebene Ausführung wurde entwickelt, um zu verhindern, daß die Achse so beansprucht wird, daß eine unrunde Querschnittskonfiguration als Folge von Vertikalkräften entsteht, die durch Flieh- und Beschleunigungskräfte sowie durch eine diagonale Achsenversetzung auf die Achse einwirken. Während die im Patent '237 beschriebene Ausführung für den beabsichtigten Zweck vermutlich angemessen ist, da sie eine starre Achsen/Lenker-Verbindung bereitstellt, kann das Gewicht der Aufhängung noch reduziert werden, und es ist etwas schwierig, die darin beschriebene Achsen/Lenker-Verbindung zu montieren. Genauer gesagt: Die Achse muß in die in jedem der Lenker ausgebildete Öffnung hineingeschoben werden, wodurch die Produktionszeit wesentlich verlängert wird und folglich die Produktionskosten erhöht werden.
Während die Verwendung einer dreifunktionalen Hülse für den beabsichtigten Zweck vermutlich angemessen ist, da die Notwendigkeit der Verwendung von teurem Federstahl im Zusammenhang mit federnden Lenkeraufhängungen entfällt und das Gewicht in Zusammenhang mit elastischen Achse/Lenker-Verbindungen reduziert wird, sind dreifunktionale Hülsen relativ teuer herzustellen und unterliegen zyklischen Ausfällen.
In der FR-A-2587649, die die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beschreibt, wird ein Lenker zur Verwendung in einem Fahrzeugaufhängungssystem beschrieben, das Laminatverstärkungsmaterial umfaßt, das sich zwischen gegenüberliegenden Enden des Lenkers erstreckt. Das Verstärkungsmaterial erstreckt sich jedoch nicht am Umfang um jedes der Lenkerenden herum.
In der WO-A-87/06540 wird eine Fahrzeugaufhängungseinheit beschrieben, bei der sich Verstärkungsmaterial zwischen gegenüberliegenden Enden der Einheit erstreckt und eine obere und eine untere Wand der Einheit definiert. Das Verstärkungsmaterial umfaßt jedoch keine Laminatschichten und erstreckt sich nicht am Umfang um die Enden der Einheit.
Ein zusätzliches Problem im Zusammenhang mit Aufhängungssystemen, die starre Achse/Lenker-Verbindungen besitzen, besteht darin, daß die Gewährleistung der Achse unwirksam wird, wenn an der vertikalen Achse innerhalb von 3,8 cm (1,5 Zoll) sowohl oben als auch unten an der Achse eine Schweißnaht positioniert ist. Die Achsenhersteller untersagen ein Schweißen in diesem Bereich, da diese Bereiche den höchsten Einfederungs- und Zugkräften ausgesetzt sind.
Es besteht somit Bedarf an einem wankstabilen Aufhängungssystem, das die Verwendung von teurem Federstahl, wie er in federnden Lenkeraufhängungen verwendet wird, überflüssig macht, eine starre Achse/Lenker-Verbindung bereitstellt und die Verwendung dreifunktionaler Hülsen ausschaltet. Zusätzlich besteht Bedarf an einem Aufhängungssystem, das leichtgebaut ist, leicht zu montieren und einfach herzustellen ist und es zuläßt, daß sich die Achse in einen unrunden Zustand bewegt, während gleichzeitig eine starre Achsen/Lenker-Verbindung bereitgestellt wird. Indem ein Material mit einem so niedrigen Elastizitätsmodul angrenzend an die starre Achsen/Lenker-Verbindung bereitgestellt wird, daß sich die Achse biegt, biegt sich das Lenkermaterial angrenzend an die Achse, ohne zu brechen, so daß sich die Achse in Reaktion auf darauf einwirkende Kräfte bewegen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Lenker zur Verwendung in einem Aufhängungssystem bereitzustellen, der einfach konstruiert, wirksam und kostengünstig ist sowie auf diesem Fachgebiet bestehende Probleme löst und entsprechenden Bedarf erfüllt. Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, Fahrzeugaufhängungssysteme mit solchen Lenkern bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lenker für ein Aufhängungssystem bereitgestellt, wie im nachfolgenden Anspruch 1 beansprucht.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aufhängungssystem bereitgestellt, wie im nachfolgenden Anspruch 8 beansprucht.
Das Fahrzeugaufhängungssystem verfügt geeigneterweise über eine starre Achsen/Lenker-Verbindung und ist wankstabil und widersteht Seiten- und Längskräften.
Das Verstärkungsmaterial der Lenker besteht praktischerweise aus Laminatmaterial mit einem Elastizitätsmodul, der wesentlich niedriger als derjenige der Achse des Aufhängungssystems ist, so daß sich die Achse in Reaktion auf einwirkende Kräfte verformt, wobei sich das Lenkermaterial angrenzend an die Achse verformt, ohne zu brechen, und dabei starr an der Achse befestigt bleibt.
Jeder Lenker des Fahrzeugaufhängungssystems ist geeigneterweise so hergestellt, daß er gegenüber Seitenkräften widerstandsfähig ist, dabei aber ausreichend flexibel bleibt, um sicherzustellen, daß die Aufhängung wankstabil bleibt.
Die Flexibilität der Laminatlenker kann so hergestellt werden, daß sie den Erfordernissen eines speziellen Aufhängungssystems entspricht.
Jeder Lenker ist praktischerweise haftend an der Achse befestigt.
Ein Luftfederkolben ist geeigneterweise integral mit jedem Laminatlenker ausgebildet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die die Anwendung der Prinzipien nach Vorstellungen der Anmelderin am besten verdeutlichen, ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, sind in den Zeichnungen dargestellt sowie in den beiliegenden Ansprüchen speziell und deutlich formuliert und beschrieben.
1 zeigt in einem Seitenaufriß ein Paar Fahrzeugaufhängungssysteme, bei denen die Reifen/Bremseinheiten durch strichpunktierte Linien und an einem Fahrzeug befestigt dargestellt sind;
2 zeigt in einem vergrößerten Seitenaufriß eines der in 1 dargestellten Fahrzeugaufhängungssysteme, wobei Abschnitte weggebrochen dargestellt sind;
3 zeigt eine Draufsicht entlang der Linie 3-3 der 2, wobei Abschnitte weggebrochen dargestellt sind;
4 zeigt in einem Seitenaufriß eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Abschnitte weggebrochen dargestellt sind;
5 zeigt in einem Seitenaufriß eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Abschnitte weggebrochen dargestellt sind;
6 zeigt eine vergrößerte Draufsicht entlang der Linie 6-6 der 5, wobei ein Abschnitt weggebrochen dargestellt ist;
7 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 der 6;
8 zeigt eine Schnittansicht ähnlich wie 7, mit einem alternativen Luftfederkolben;
9 zeigt in einem Seitenaufriß eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Reifen/Bremseinheit durch strichpunktierte Linien und an einem Fahrzeug befestigt dargestellt ist;
10 zeigt eine perspektivische Ansicht der Lenker und des Stabilisators des in 9 dargestellten Aufhängungssystems;
11 zeigt eine perspektivische Ansicht eines alternativen Lenker- und Stabilisatorpaars ähnlich wie 10; und
12 zeigt eine perspektivische Ansicht ähnlich wie 11, wobei ein Paar Laminatluftfederkolben am Stabilisator ausgebildet sind.
In allen Zeichnungen sind gleiche Teile durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das verbesserte Fahrzeugaufhängungssystem der vorliegenden Erfindung ist allgemein mit 1 bezeichnet und insbesondere in 1 an einem Fahrzeug 2 montiert dargestellt, wie beispielsweise an einem Lastkraftwagen oder Anhänger. Das Fahrzeug 2 beinhaltet einen Frachtraum 3, der von einem Paar Rahmenträger 4 abgestützt ist, die sich in Längsrichtung unterhalb des Frachtraums 3 und entlang der Länge des Fahrzeugs 2 erstrecken. Das Aufhängungssystem 1 beinhaltet ein Paar Auflagekonsolen 5, die an einem Gleitrahmen 6 angeschweißt sind, der ein Paar parallele und beabstandete Gleitkanäle 7 beinhaltet. Die Gleitkanäle 7 sind um eine Distanz beabstandet, die der Distanz zwischen den Rahmenträgern 4 entspricht, und mit mehreren Verriegelungsstiften 8 an den Rahmenträgern 4 montiert. Wie aus 1 ersichtlich, sind ein Paar identischer Aufhängungssysteme 1 am Fahrzeug 2 installiert, von denen nur ein System nachstehend ausführlich beschrieben wird.
Das Aufhängungssystem 1 beinhaltet ein Paar beabstandeter Nachlauflenker 15 (2–3). Da die Nachlauflenker 15 identisch sind, wird nur einer davon ausführlich beschrieben. Das erste Ende 16 eines jeden Nachlauflenkers 15 ist an einer jeweiligen Auflagekonsole 5 an einem Schwenkmittel 17 montiert, und ein zweites Ende 18 eines jeden Nachlauflenkers 15 stützt eine Achse 19 ab. Eine Reifen/Rad-Einheit 21 ist an jedem Ende der Achse 19 montiert. Eine Montagekonsole 20 ist am zweiten Ende 18 des Nachlauflenkers 15 montiert, wobei jede Montagekonsole 20 ein Paar unterer Flansche 22 und eine Luftfedermontageplatte 23 beinhaltet. Eine Luftfeder 24 befindet sich zwischen der Luftfedermontageplatte 23 und dem Gleitrahmen 6, um das Fahrzeug 2 und damit zusammenhängende Vertikallasten abzustützen.
Das Schwenkmittel 17 beinhaltet eine Hülsenbuchse 30 (2 und 3). Eine Hülse 31 ist in zusammenwirkender Weise innerhalb der Hülsenbuchse 30 eingepaßt, und eine innere Buchse 32 ist innerhalb der Hülse 31 montiert. Ein Schwenkstift 14 verläuft durch die Auflagekonsole 5 und die innere Buchse 32, um den Nachlauflenker 15 an der Auflagekonsole 5 zu montieren.
In Übereinstimmung mit einem der Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung sind die Nachlauflenker 15 mit mehreren Schichten Laminatmaterial 33 ausgebildet. Genauer gesagt: Eine erste Materialschicht ist mit einer vorbestimmten Distanz zwischen der Hülse 30 und der Achse 19 um die Hülse 30 und die Achse 19 gewickelt. Nachfolgende Schichten Montagematerial sind dann auf die erste Schicht Laminatmaterial aufgelegt, um die Hülse 30 und die Achse 19 gegenüber einer Bewegung im Verhältnis zum Laminatmaterial 33 zurückzuhalten. In der bevorzugten Ausführungsform verlaufen mehrere Schichten Laminatmaterial am Umfang um die Hülsenbuchse 30 und die Achse 19 herum. Die erste Schicht Laminatmaterial 33 ist haftend an der Hülsenbuchse 30 und der Achse 19 gesichert, um die Achse gegenüber einer Bewegung zurückzuhalten.
Die mehreren Schichten Laminatmaterial 33 erstrecken sich nicht nur sowohl um die Achse 19 als auch um die Hülsenbuchse 30 herum, sondern das Laminatmaterial 33 bildet auch eine obere Wand 34 und eine untere Wand 35 eines jeden Nachlauflenkers 15. Zusätzlich erstrecken sich einige Schichten Laminatmaterial 33 zwischen der oberen Wand 34 und der unteren Wand 35, um Seitenwände 36 zu bilden.
Das Haftmaterial, das verwendet wird, um das Laminatmaterial 33 an der Achse 19 und der Hülsenbuchse 30 zu sichern, sollte ein haftendes Material mit einem Elastizitätsmodul im Bereich von 2,76 GPa bis 3,45 GPa (0,4 × 10⁶ bis 0,5 × 10⁶ Pounds-force/Quadratzoll) sein.
Die mehreren Schichten Laminatmaterial 33 sollten gleichermaßen aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul im Bereich von 20,68 GPa bis 103,42 GPa (3,0 × 10⁶ bis 15 × 10⁶ Pounds-force/Quadratzoll), wie beispielsweise Glasfasermaschenmaterial, bestehen. Die mehreren Schichten Laminatmaterial 33 können jedoch auch eine Vielzahl anderer Konfigurationen aufweisen, ohne vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Obwohl Nachlauflenker 15 eine Vielzahl von Größen und Konfigurationen aufweisen können, laufen sie in der bevorzugten Ausführungsform vom ersten Ende 16 aus zum zweiten Ende 18 hin nach außen konisch zu, um die Seitenauslenkung des Aufhängungssystems 1 zu begrenzen und den Auslenkungswiderstand als Folge von auf die Achse 19 einwirkenden Drehmomentkräften zu erhöhen. Da das Haftmaterial und das Laminatmaterial 33 einen Elastizitätsmodul im Bereich von 2,76 GPa bis 103,42 GPa (0,4 × 10⁶ bis 15 × 10⁶ Pounds-force/Quadratzoll) und die Achse einen Elastizitätsmodul im Bereich von 193,05 GPa bis 206,84 GPa (28 × 10⁶ bis 30 × 10⁶ Pounds-force/Quadratzoll) besitzen, kann sich die Achse zusätzlich in einen unrunden Zustand bewegen und im Verhältnis zu den Nachlauflenkern 15 eine Auslenkung vornehmen, ohne daß es zu einem Bruch des Lenkers kommt, da das Material es dem Lenker ermöglicht, dauerhaft an der Achse befestigt zu bleiben, wenn die Achse auf von den Reifen/Rad-Einheiten 21 aufgenommene Kräfte reagiert. Wie auch deutlich anhand der 1–3 erkennbar, kann die Dicke des Nachlauflenkers 15 angrenzend an die Achse 19 erhöht werden, um die Widerstandsfähigkeit des Lenkers gegenüber einer Seitenauslenkung zu steigern. Da das Laminat 33 über einen großen Oberflächenbereich haftend an der Achse 19 befestigt ist, ist zusätzlich die von der Haftschicht pro Oberflächeneinheit aufgenommene Kraft im Vergleich zur Gesamtkraft, die die Achse von den Reifen/Rad-Einheiten 21 aufnimmt, relativ gering. Genauer gesagt: Die Kräfte, die die Achse 19 von den Reifen/Rad-Einheiten 21 aufnimmt, liegen im Bereich von 206,8 bis 482,6 MPa (30.000 bis 70.000 Pounds-force/Quadratzoll). Da jedoch die Nachlauflenker 15 über einen großen Oberflächenbereich haftend an der Achse 19 gesichert sind, liegt die vom Haftmittel pro Quadratzoll aufgenommene Kraft lediglich im Bereich von 10,3 bis 13,8 MPa (1.500 bis 2.000 Pounds-force/Quadratzoll). Die Festigkeit der Achse/Lenker-Verbindung kann durch einfache Vergrößerung des Oberflächenbereichs, über den die Lenker 15 an der Achse 19 befestigt sind, weiter erhöht werden.
Im Betrieb biegen sich die Lenker 15 ähnlich wie herkömmliche federnde Lenkeraufhängungssysteme, um sicherzustellen, daß das Aufhängungssystem 1 wankstabil ist, indem entlang der Länge der Laminatlenker 15 eine ausreichende Biegsamkeit zugelassen wird, um während einer Kurvenfahrt ausgeübte Flieh- und Beschleunigungskräfte sowie während einer diagonalen Achsenversetzung ausgeübte Vertikalkräfte zu kompensieren. Da das Glasfasermaterial gegenüber Längskräften extrem widerstandsfähig ist, sind die Laminatlenker 15 zusätzlich gegenüber entlang der Länge der Nachlauflenker 15 ausgeübten Längskräften extrem widerstandsfähig. Zusätzlich weist das Aufhängungssystem 1 als Folge der starren Achse/Lenker-Verbindung ein geringes Gewicht auf, wobei die Achse 19 innerhalb der Laminatlenker 15 haftend gesichert ist, und ihr geringes Gewicht ist zusätzlich auf das zur Herstellung der Lenker 15 verwendete leichte Glasfasermaterial zurückzuführen. Das Aufhängungssystem 1 läßt sich auch leicht montieren, da die Nachlauflenker 15 um die Achse 19 herum montiert werden und der Hersteller die Achse nicht nachträglich an jedem Nachlauflenker 15 befestigen muß. Wie außerdem aus den 1–3 erkennbar, können die Dicke und Konfiguration der oberen Wand 34, der unteren Wand 35 und der Seitenwände 36 variiert werden, um die sich ergebende Federkennung maßgeschneidert an die Erfordernisse eines speziellen Fahrzeugs 2 anzupassen. Wenn der oberen Wand 34, der unteren Wand 35 und den Seitenwänden 36 insbesondere zusätzliche Schichten Laminatmaterial 3 hinzugefügt werden, nimmt die Biegungsrate der Lenker 15 wesentlich zu, so daß eine wankstarre Aufhängung entsteht. Alternativ, wenn die obere Wand 34, die untere Wand 35 und die Seitenwände 36 mit weniger Schichten Laminat 33 hergestellt werden, bleibt das Aufhängungssystem 1 flexibler und ist somit weniger wankstarr.
In Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein allgemein mit 40 bezeichnetes Aufhängungssystem insbesondere in 4 dargestellt. Das Aufhängungssystem 40 ist in jeder Hinsicht mit dem Aufhängungssystem 1 identisch, mit der Ausnahme, daß es mehrere Laminatschichten 41 beinhaltet, die sich diagonal zwischen der Hülsenbuchse 30 und der Achse 19 erstrecken. Genauer gesagt: Eine Schicht aus Material 42 erstreckt sich von einer oben an die Hülsenbuchse 30 angrenzenden Stelle aus bis zum Boden der Achse 19, während sich eine Anzahl anderer Schichten 43 von einer an den Boden der Hülsenbuchse 30 angrenzenden Stelle aus bis zu einer oben an die Achse 19 angrenzenden Stelle hin erstreckt. Die Schichten 42 und 43 können dicker oder dünner ausgeführt sein, um ein wankstarreres oder weniger wankstarres Aufhängungssystem zu schaffen und den Erfordernissen eines speziellen Fahrzeugs 2 zu entsprechen.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, allgemein mit 45 bezeichnet, ist insbesondere in den 5–8 dargestellt. Das Aufhängungssystem 45 ist ähnlich wie die Aufhängungssysteme 1 und 40 ausgeführt, indem es ein Paar Nachlauflenker 47, die haftend an einer Hülsenbuchse 30 und einer Achse 19 befestigt sind, umfaßt und mit einer oberen Wand 34 und einer unteren Wand 35 ausgebildet ist. Jeder Nachlauflenker 47 ist jedoch mit einem Pappe- oder Kunststoffeinsatz 46 (7) ausgestattet, der zwischen der Achse 19, der Hülsenbuchse 30, der oberen Wand 34 und der unteren Wand 35 positioniert ist. Der Einsatz 46 kann eine Vielzahl von Größen und Konfigurationen aufweisen, ist aber vorzugsweise ergänzend zum längs zwischen der Achse 19 und der Hülsenbuchse 30 und zum vertikal zwischen der oberen Wand 34 und der unteren Wand 35 definierten Raum dimensioniert. Der Einsatz 46 dient lediglich dazu, den Nachlauflenkern 47 bei ihrer Herstellung Steifigkeit zu verleihen.
Die obere Wand 34 des Nachlauflenkers 47 ist integral mit einem Luftfederkolben 48 ausgebildet. Insbesondere ist ein Einsatz 49 an der oberen Wand 34 positioniert, und Mehrfachschichten Laminatmaterial 33 sind um den Einsatz 49 und den Nachlauflenker 47 herum positioniert, um einen Nachlauflenker 47 mit einem integral ausgebildeten Luftfederkolben 48 bereitzustellen. Eine Luftfeder 50 kann dann direkt am Luftfederkolben 48 gesichert sein, wodurch das Gewicht und die Kosten in Verbindung mit der Verwendung und Konstruktion einer Luftfeder wesentlich reduziert werden. Alternativ, und wie insbesondere aus 8 ersichtlich, kann die Luftfeder 48 aus mehreren parallelen Schichten Laminatmaterial 52 gebildet sein, wobei diese Schichten dann von mehreren Schichten Laminatmaterial 33 umhüllt sind.
Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, allgemein mit 60 bezeichnet und insbesondere in den 9–10 dargestellt, ist, ähnlich wie das Fahrzeugaufhängungssystem 1, an einem Fahrzeug 2 montiert. Ein Paar Auflagekonsolen 61 erstrecken sich vom Gleitkanal 7 des Gleitrahmens 6 aus nach unten. Das Aufhängungssystem 60 beinhaltet ein Paar parallele und beabstandete Steuerungsarme 62, die an jeweiligen Auflagekonsolen 61 an einem entsprechenden Schwenkmittel 63 schwenkbar montiert sind, sowie ein Paar Drehmomentarme 64, wobei ein Ende eines jeden Drehmomentarms 64 an einer Auflagekonsole 61 an einem Schwenkmittel 65 montiert ist. Das andere Ende eines jeden Drehmomentarms 64 ist an einer Achsenstrebe 66 montiert. Die Auflagekonsole 61, der Steuerungsarm 62, der Drehmomentarm 64 und die Achsenstrebe 66 bilden somit zusammen ein Parallelogrammaufhängungssystem.
In Übereinstimmung mit einem der Hauptmerkmale der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und wie insbesondere aus 10 ersichtlich, sind die Steuerungsarme 62 an ihren beiden Enden jeweils mit einer Schwenkeinheit 67 versehen und um einen Stabilisator 68 herum ausgebildet. Die Steuerungsarme 62 sind im wesentlichen identisch mit der Bildung der Nachlauflenker 15 des Aufhängungssystems 1 ausgebildet. Mehrere Schichten Laminatmaterial 33 sind am Umfang um jede Schwenkeinheit 67 und den Stabilisator 68 herum positioniert. Zusätzliche Schichten Laminatmaterial 33 sind dann um den Stabilisator 68 und die Schwenkeinheit 67 herum so positioniert, daß die Schwenkeinheit 67 und der Stabilisator 68 mit einer vorbestimmten Distanz beabstandet voneinander positioniert sind. Da die zur Sicherung des Laminatmaterials 33 am Stabilisator 68 verwendete Haftmittelschicht einen relativ hohen Elastizitätsmodul besitzt, biegt sich das Haftmittel auch hier in Reaktion auf eine Bewegung des Stabilisators 68, ohne zu brechen, wodurch sichergestellt ist, daß der Stabilisator 68 sicher und haftend an jedem Steuerungsarm 62 befestigt bleibt. Zusätzlich, wie auch aus den 9 und 10 ersichtlich, kann die Anzahl der um den Stabilisator 68 herum positionierten Schichten Laminatmaterial 33 variiert werden, um die Flexibilität des Steuerungsarms 62 im Verhältnis zum Stabilisator 68 zu erhöhen.
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, allgemein mit 70 bezeichnet, ist insbesondere in 11 dargestellt. Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich wie die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt und beinhaltet ein Paar Steuerungsarme 71 und einen Stabilisator 72. In der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der Steuerungsarm 71 und der Stabilisator 72 jedoch aus Schichten Laminatmaterial 33 integral so gebildet, daß die Verbindungsfläche 73 zwischen jedem Steuerungsarm 71 und Stabilisator 72 mit einem am Umfang verlaufenden Radius 74 ausgebildet ist, um sicherzustellen, daß der Kraftübergang vom Steuerungsarm 71 auf den Stabilisator 72 reibungslos erfolgt und es aufgrund punktförmiger Belastung zu keinem Ausfall kommt.
Wie aus 12 ersichtlich, weist das Aufhängungssystem 70 mehrere Luftfederkolben 75 auf, die integral mit dem Stabilisator 72 ausgebildet sind. Die Luftfederkolben 75 arbeiten im wesentlichen wie die Luftfederkolben 48 der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wodurch das Gewicht und die Kosten in Verbindung mit der Verwendung und Herstellung von Luftfedern in Aufhängungssystemen weiter reduziert werden.
In den Aufhängungssystemen 1, 40, 45, 60 und 70 können zusätzlich die aus Laminatmaterial hergestellten Nachlauflenker so hergestellt werden, daß sie eine Längsauslenkungsrate, eine Vertikalauslenkungsrate und eine Seitenauslenkungsrate bereitstellen. In der Mehrzahl der Fälle wird jeder Lenker so hergestellt, daß die Längsauslenkungsrate und die Vertikalauslenkungsrate wesentlich kleiner als die Vertikalauslenkungsrate sind, um sicherzustellen, daß das Aufhängungssystem 1 wankstabil ist und daß der zugehörige Querträger im wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs 2 verbleibt.
Zusammengefaßt betrachtet, stellen die Aufhängungssysteme 1, 40, 45, 60 und 70 eine starre Achsen/Lenker-Verbindung bereit, die sich einfach montieren läßt und leichtgebaut ist, indem eine starre Verbindung zwischen der Achse oder dem Querträger und den Lenkern und ein aus mehreren Schichten Laminatmaterial 33 hergestellter flexibler Lenker bereitgestellt werden. Zusätzlich kann ein Lenker hergestellt werden, um seine Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Seitenauslenkung durch eine Vergrößerung der Breite des Lenkers angrenzend an die Achse zu erhöhen. Zusätzlich wird, indem die Lenkerbreite angrenzend an die Achse oder den Querträger vergrößert wird, ein großer Oberflächenbereich verwendet, um den Lenker haftend am Querträger zu befestigen. Ein solcher großer Oberflächenbereich stellt sicher, daß die Kraft pro Flächeneinheit, die auf das Haftmittel wirkt, im Vergleich zu der auf die Achse oder den Querträger und Lenker einwirkenden Kraft relativ gering ist. Da der Lenker aus Laminatmaterial hergestellt ist, ist er des weiteren extrem leichtgebaut und weist eine Biegungsrate auf, die passend zu den Erfordernissen eines speziellen Fahrzeugs maßgeschneidert ist. Das Gewicht des Aufhängungssystems einer Anzahl der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird weiterhin dadurch reduziert, daß integral mit den Lenkern und Querträgern ausgebildete Luftfederkolben bereitgestellt werden.
Demzufolge ist das verbesserte Aufhängungssystem vereinfacht ausgeführt, stellt eine wirksame, sichere, kostengünstige und leistungsfähige Vorrichtung bereit, die alle aufgeführten Aufgaben erfüllt, die mit Vorrichtungen nach dem Stand der Technik verbundene Schwierigkeiten ausschaltet sowie auf diesem Fachgebiet bestehende Probleme löst und neue Ergebnisse erzielt.
In der vorstehenden Beschreibung wurden gewisse Begriffe aus Gründen einer verkürzten Formulierung, zur Verdeutlichung und zum besseren Verständnis verwendet; sie beinhalten jedoch keine unnötigen Einschränkungen, die über die Erfordernisse nach dem Stand der Technik hinausgehen, da solche Begriffe nur beschreibenden Charakter und einen weitgefaßten Bedeutungsinhalt haben.
Darüber hinaus haben die Beschreibung und die Darstellung der Erfindung lediglich beispielhaften Charakter, und der Schutzbereich der Erfindung ist nicht auf die exakten Details, wie dargestellt oder beschrieben, beschränkt.
Nachdem die Merkmale, Entdeckungen und Prinzipien der Erfindung, die Konstruktions- und Verwendungsart des verbesserten Aufhängungssystems, die Eigenschaften der Konstruktion sowie die erzielten vorteilhaften, neuen und nützlichen Ergebnisse beschrieben wurden, werden die neuen und nützlichen Konstruktionen, Vorrichtungen, Elemente, Anordnungen, Teile und Kombinationen nunmehr in den beiliegenden Ansprüchen vorgebracht.

Claims

Lenker (15) zur Verwendung in einem Aufhängungssystem mit einem Rahmen (6), bei dem der Lenker folgendes umfaßt: ein erstes Ende (16) und ein zweites Ende (18); und eine obere Wand (34) und eine untere Wand (35), die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (16 und 18) erstrecken und jeweils aus Verstärkungsmaterial (33) bestehen, wobei sich das Verstärkungsmaterial um das erste und das zweite Ende herum erstreckt und mehrere Schichten umfaßt; dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens eine der Verstärkungsschichten vollständig am Umfang um das erste Ende (16) und das zweite Ende (18) herum erstreckt.
Lenker nach Anspruch 1, bei dem die obere Wand (34) und die untere Wand (35) von einer an das erste Ende (16) angrenzenden Stelle aus zu einer an das zweite Ende (18) angrenzenden Stelle hin nach außen konisch so zulaufen, daß der Lenker an der an sein erstes Ende angrenzenden Stelle enger als an der an sein zweites Ende angrenzenden Stelle verläuft.
Lenker nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Lenker eine Längsauslenkungsrate und eine Vertikalauslenkungsrate aufweist, wobei sich die Längsauslenkungsrate von der Vertikalauslenkungsrate unterscheidet.
Lenker nach Anspruch 3, bei dem der Lenker eine Seitenauslenkungsrate aufweist, wobei die Seitenauslenkungsrate von der Vertikalauslenkungsrate abweicht.
Lenker nach Anspruch 4, bei dem die Längsauslenkungsrate und die Seitenauslenkungsrate höher als die Vertikalauslenkungsrate sind.
Lenker nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenker ein hohles Zentrum besitzt und das Verstärkungsmaterial mehrere Laminatschichten (42, 43) umfaßt, die sich von der oberen Wand (34) zur unteren Wand (35) hin diagonal über das hohle Zentrum des Lenkers erstrecken.
Lenker nach einem der vorstehend aufgeführten Ansprüche, bei dem ein Luftfederkolben (48) integral in der oberen Wand (34) des Lenkers ausgebildet ist.
Aufhängungssystem zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einem Rahmen, bei dem das Aufhängungssystem folgendes umfaßt: ein Paar beabstandete Lenker (15), wie jeweils in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht; einen Querträger (19), der sich zwischen den beabstandeten Lenkern (15) erstreckt; ein am ersten Ende (16) eines jeden Lenkers (15) befestigtes Schwenkmittel (17), um jeden Lenker schwenkbar am Rahmen (6) zu montieren; und ein sich zwischen dem Querträger (19) und dem Rahmen (6) oder den Lenkern (15) und dem Rahmen (6) erstreckendes Federmittel (24), um in die Aufhängung einwirkende vertikale Belastungen abzustützen.
Aufhängungssystem nach Anspruch 8, bei dem sich das Verstärkungsmaterial eines jeden Lenkers am Umfang um den Querträger (19) herum erstreckt, und bei dem ein Haftmittel jeden Lenker am Querträger befestigt, um den Querträger (19) gegenüber einer Bewegung im Verhältnis zum Lenker (15) zurückzuhalten.
Aufhängungssystem nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der Querträger (19) angrenzend an die zweiten Enden (18) der Lenker (15) positioniert ist.
Aufhängungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem der Querträger eine Achse (19) ist.
Aufhängungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem der Querträger (19) zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende (16 und 18) der Lenker positioniert ist.
Aufhängungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem sich das Verstärkungsmaterial am Umfang um das Schwenkmittel (17) herum jeweils angrenzend an das erste Ende (16) erstreckt und haftend daran befestigt ist.
Aufhängungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem das Schwenkmittel (17) eine äußere Buchse (30), eine innere Buchse (32), eine zwischen der inneren und der äußeren Buchse (32, 30) positionierte elastomere Hülse (31), einen sich durch die innere Buchse erstreckenden Schwenkstift (14), der so ausgeführt ist, daß er sich durch den Rahmen erstreckt, sowie ein Haftmittel umfaßt, um das Verstärkungsmaterial an der äußeren Buchse (30) zu sichern, um dadurch eine Bewegung der äußeren Buchse im Verhältnis zum Verstärkungsmaterial zu verhindern.
Aufhängungssystem nach Anspruch 9 oder, einem der Ansprüche 10 bis 14, soweit vom Anspruch 9 abhängig, bei dem der Elastizitätsmodul des Materials der Laminatschichten größer als der Elastizitätsmodul des Querträgers (19) ist, wodurch sichergestellt wird, daß der Querträger eine Auslenkung vornehmen kann und gleichzeitig eine starke Haftverbindung zwischen den Lenkern und dem Querträger aufrechterhalten wird.
Aufhängungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 15, bei dem ein Hohlblock (46) zwischen dem Schwenkmittel (17) und dem Querträger (19) positioniert ist, um die obere Wand (34) und die untere Wand (35) abzustützen.
Aufhängungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 16, bei dem jeder Lenker (15) wie in Anspruch 4 beansprucht beschaffen ist, und bei dem für jeden Lenker die Längsauslenkungsrate und die Seitenauslenkungsrate kleiner als die Vertikalauslenkungsrate sind.
Aufhängungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 17, bei dem das Federmittel eine Luftfeder (50) ist, wobei jeder der Lenker oder der Querträger integral mit mindestens einem Luftfederkolben (48) ausgebildet ist.
Aufhängungssystem nach Anspruch 18, bei dem der Luftfederkolben (48) aus mehreren Laminatschichten gebildet ist.
Aufhängungssystem nach Anspruch 18 oder 19, bei dem ein Hohlblock (49) an der oberen Wand (34) eines jeden Lenkers positioniert ist, und bei dem sich die mehreren Laminatschichten, die den Luftfederkolben (48) bilden, über dem Hohlblock (49) erstrecken.
Aufhängungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 20, bei dem das Verstärkungsmaterial Glasfaserepoxid umfaßt.