DE10008491A1 - Achs- oder Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Achs- oder Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges mit zumindest einem Lenker, dessen Abstützung am Fahrzeugaufbau oder an einem Radträger einstellbar veränderlich ist, wofür ein sich zwischen zwei beabstandeten Kopfstücken erstreckenden Kontraktionsschlauch vorgesehen ist, der bei Fluidbeaufschlagung seines Innenraumes unter gleichzeitiger radialer Aufweitung axial kontrahiert und dabei die Kopfstücke relativ zueinander zu einer axialen Hubbewegung veranlasst. Bevorzugt ruft eine Längenänderung des Kontraktionsschlauches eine Spur- oder Sturzänderung oder eine geringfügige Lenkbewegung hervor. Dabei kann der Kontraktionsschlauch unter Zwischenschaltung eines Hebels oder Kniehebels auf den Lenker einwirken. Auch können zumindest zwei Kontraktionsschläuche mit zueinander paralleler Axialrichtung vorgesehen sein, die in einander entgegengesetzter Richtung wirken. Ferner kann ein zum Kontraktionsschlauch wirk-paralleles Feldelement vorgesehen sein. Schließlich kann der Kontraktionsschlauch mit einem elektrorheologischen oder magnetorheologischen Medium als Fluid betrieben werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Achs- oder Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges mit zumindest einem Lenker, dessen Abstützung am Fahrzeugaufbau oder an einem Radträger einstellbar veränderlich ist. Zum bekannten Stand der Technik wird neben der beispielhaft genannten DE 35 23 912 A1 noch auf die DE 299 08 008 U verwiesen.

In der erstgenannten DE 35 23 912 A1 ist eine Achsaufhängung insbeson­ dere für einen Personenkraftwagen beschrieben, bei der durch entgegen der Fahrtrichtung einwirkende Längskräfte die Fahreigenschaften nicht mehr in üblicher Weise beeinträchtigt werden. Dies wird erreicht, indem die aufbau­ seitige Abstützung zumindest eines sich in Fahrzeuglängsrichtung erstrec­ kenden Lenkers während des Fahrbetriebes einstellbar veränderlich ist. Grundsätzlich kann jedoch jeder beliebige Lenker einer Rad- oder Achsauf­ hängung eines PKWs durch irgendein Antriebsmodul unterschiedlich posi­ tioniert werden bzw. es kann die Lenker-Abstützung geeignet verlagert wer­ den, um irgendwelche gewünschte Veränderungen im Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges zu erzielen.

In der Technik kommen zur Erzeugung von Bewegungsvorgängen grund­ sätzlich elektrische (nämlich Rotations- oder Linearmotoren), pneumatische oder hydraulische (Pneumatik- oder Hydraulikzylinder) sowie auf chemi­ schen Reaktionen basierende Antriebsmodule (bspw. Verbrennungskraftma­ schinen) zum Einsatz. Letztere werden zur Bereitstellung großer Leistungen verwendet. Für den Antrieb von Verstelleinrichtungen sowie zur Erzeugung einer Linearbewegung werden häufig Hydraulikzylinder oder Linearmotoren eingesetzt.

Bei diesen herkömmlichen Antriebseinheiten, insbesondere bei Elektromoto­ ren mit den in der Regel erforderlichen Getrieben und bei Hydraulikzylindern kommt es im Laufe des Betriebes zu Beeinträchtigungen durch Verschmut­ zungen oder Verschleiß von bewegten und sich berührenden Teilen, wie beispielsweise den verschiedenen Lagern und Dichtungen. Bei hydrauli­ schen Anlagen sind in der Regel Vorrichtungen zum Auffangen des über die erforderlichen Gleitdichtungen austretenden Betriebsstoffes nötig, um eine Verschmutzung der Umwelt zu verhindern. Als weitere Nachteile können die ungenügende Recyclingfähigkeit von hydraulischen und elektrischen Antrie­ ben sowie deren Wartungsaufwand (Schmierung, Ölwechsel, Filterwechsel, Kohlenaustausch) angesehen werden.

Mit der vorliegenden Erfindung soll daher ein Antriebsmodul oder dgl. aufge­ zeigt werden, welches eine veränderliche Abstützung eines Lenkers einer Achs- oder Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges ermöglicht, und welches zumindest die wesentlichen der genannten Nachteile nicht aufweist (= Auf­ gabe der vorliegenden Erfindung).

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die veränderli­ che Lenker-Abstützung über einen sich zwischen zwei beabstandeten Kopf­ stücken erstreckenden Kontraktionsschlauch erfolgt, der bei Fluidbeaufschlagung seines Innenraumes unter gleichzeitiger radialer Aufweitung axial kontrahiert und dabei die Kopfstücke relativ zueinander zu einer axialen Hubbewegung veranlasst. Bevorzugt ruft eine Längenänderung des Kon­ traktionsschlauches dabei eine Spur- oder Sturzänderung oder eine gering­ fügige Lenkbewegung im/am Fahrzeug-Fahrwerk hervor. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der übrigen Unteransprüche.

Die vorliegende Erfindung schlägt somit einen sog. Kontraktionsschlauch als Antriebsmodul oder Aktuator für eine variable Lenker-Abstützung vor. Ein derartiger Kontraktionsschlauch wurde bspw. von der DE-Firma FESTO AG & Co. unter der Bezeichnung "Fluidic-Muscle" vorgestellt und ist bspw. im eingangs mit seiner Nummer genannten deutschen Gebrauchsmuster DE 299 08 008 U beschrieben. Anstelle der oben genannten Antriebe soll nun dieser zur Erzeugung eines Steilweges in einem Kraftfahrzeug-Fahrwerk verwendet werden.

Im Folgenden werden einige Ausführungsbeispiele aufgezeigt, die in den beigefügten Fig. 1-5 stark vereinfacht, d. h. auf das wesentliche be­ schränkt dargestellt sind. Dabei ist generell mit der Bezugsziffer 1 ein sog. Kontraktionsschlauch oder Fluidic-Muscle bezeichnet, der bei Fluidbeauf­ schlagung seines Innenraumes unter gleichzeitiger radialer Aufweitung axial kontrahiert, wodurch die endseitigen Kopfstücke 1a und 1b des Kontrakti­ onsschlauches 1 relativ zueinander zu einer Hubbewegung in Axialrichtung 2 (= Achse 2 des Kontraktionsschlauches 1) veranlasst werden.

Mit der Bezugsziffer 3 ist ein Rad oder ein Radträger eines Kraftfahrzeuges bezeichnet, das - wie grundsätzlich üblich - über mehrere Lenker 4 am nicht näher dargestellten Fahrzeug-Aufbau 12 befestigt ist. Erfindungsgemäß stützt sich nun zumindest einer der Lenker 4 über den Kontraktionsschlauch 1 am Fzg.-Aufbau 12 (wie hier gezeigt) oder alternativ am Radträger 3 ab.

In den Fig. 1a, 1b sind verschiedene Möglichkeiten einer direkten An­ bindungen eines erfindungsgemäßen Kompressionsschlauches an einen Lenker 4 einer Radaufhängung eines Fahrzeuges zum Erzeugen einer Lenkbewegung, einer Spur- oder Sturzänderung gezeigt. Dabei ist im Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 1a folgend auf das letztlich mit dem Lenker 4 verbundene Kopfstück 1b des Kontraktionsschlauches 1 eine Linearführung 5 vorgesehen, damit der Kompressionsschlauch 1 (oder der sog. Fluidic- Muscle 1) lediglich mit Kräften längs seiner Achse 2 belastet wird, da die seitliche Steifigkeit bekannter Kompressionsschläuche 1 selbst bei großem Innendruck nicht für eine präzise Radführung geeignet ist und werkstofftech­ nisch auch nicht sinnvoll realisierbar ist.

Mit seinem anderen Kopfstück 1a ist der Kontraktionsschlauch 1 wie ersicht­ lich direkt (alternativ aber auch indirekt) am Fahrzeug-Aufbau 12 befestigt. Der Einfachheit halber nicht dargestellt ist dabei eine Fluid-Zufuhrleitung, über welche der Innenraum des Kontraktionsschlauches 1 mehr oder weni­ ger befüllbar ist bzw. über welche dessen Innenraum mit einem mehr oder weniger großen Fluiddruck beaufschlagbar ist, so daß sich der Kontraktions­ schlauch 1 längs seiner Achse 2 ausdehnt oder zusammenzieht. Daß hiermit die Abstützung oder Position des Lenkers 4 verändert wird, ist offensichtlich.

Bei der in Fig. 1b dargestellten Anordnung kann gegenüber Fig. 1a auf eine Linearführung verzichtet werden. Es muß jedoch bei der Ansteuerung oder Regelung des Fluidic-Muscle 1 die Bahnkurve des Anbindungspunktes am Lenker 4, d. h. des Kopfstückes 1b berücksichtigt werden, so daß ggf. eine beidseitige winkelbewegliche Lagerung erforderlich ist, d. h. das sich am Fahrzeugaufbau 12 abstützende Kopfstück 1a des Kontraktionsschlauches 1 und/oder das sich am Lenker 4 abstützende Kopfstück 1b des Fluidic-Muscle 1 ist/sind gelenkig gelagert.

Die Fig. 2a, 2b zeigen Möglichkeiten einer indirekten Anbindung des Kontraktionsschlauches 1 an einen Lenker 4 einer Radaufhängung durch Verwendung eines Hebels 6a oder eines Kniehebels 6b zur Veränderung der Wegparameter im gewünschten Sinne. Hiermit läßt sich durch eine Zwi­ schenübersetzung mit dem Hebel 6a oder dem Kniehebel 6b bei einer defi­ nierten Längenänderung des Fluidic-Muscle's 1 eine gewünschte Positi­ onsänderung des Lenkers 4 realisieren, wobei auch hier wieder eine oder mehrere Linearführung(en) 5 vorgesehen sein kann/können.

Fig. 3 stellt die Verwendung eines erfindungsgemäß eingesetzten Kontrak­ tionsschlauches 1 als Antrieb für eine Lenkung, nämlich bevorzugt eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges dar. Die insbesondere bei einer solchen erforderlichen kleinen Wegänderungen erlauben eine platzsparende Konstruktion mit Hilfe des Fluidic-Muscle 1. Dabei sind wie ersichtlich zwei Kontraktionsschläuche 1 mit zueinander paralleler Axialrichtung 2 vorgese­ hen und koaxial hintereinander angeordnet, die in einander entgegenge­ setzter Richtung wirken können. Hiermit läßt sich der die Lenkbewegung der hier nicht dargestellten Fahrzeug-Hinterräder initiierende Lenker 4 durch zu­ einander entgegengesetzter Beaufschlagung der beiden Kontraktions­ schläuche 1 in eine Hin-Her-Bewegung gemäß Pfeilrichtung 7 versetzen. Die beiden dargestellten Federn 8 symbolisieren eine Federanordnung oder dgl., die im Falle eines Defektes für eine sichere Rückstellung der Lenkung in ei­ ne Mittellage sorgt, d. h. der Lenker 4 wird durch diese Federanordnung 8 in einer Mittellage gehalten.

Fig. 4a zeigt die Bereitstellung einer Kraft oder eines Bewegungsvorgan­ ges durch einen Fluidic-Muscle 1 mit anschließender Wandlung mittels dem Wirkprinzip "geneigte Ebene", vgl. Bezugsziffer 10. Daraus abgeleitet und wie in Fig. 4b dargestellt bietet sich die Möglichkeit, zwei Kontraktionsschläuche 1 derart an einem Bauteil 9a, das ähnlich einer Mutter auf einer Gewindespindel 9b sitzt, zu befestigen, daß diese sog. Schraub-Gewinde- Einheit 9 durch gegenseitige und abwechselnde Kontraktion der Fludic- Muscles' 1 als Verstellelement, beispielsweise zur Höhenverstellung, Spur- oder Sturzverstellung sowie Wank- oder Nickstabilisierung im Bereich der Radaufhängung von Fahrzeugen verwendet werden kann. Eine entspre­ chende Gestaltung des Gewindes macht die Realisierung von gewünschten Übersetzungen und anderen damit verbundenen Eigenschaften möglich. Das statische Halten in einer bestimmten Position läßt sich durch eine selbsthemmende Auslegung des Gewindes vorteilhaft beeinflussen, so daß die beiden (oder ggf. mehreren) Kontraktionsschläuche 1 nach einer Ver­ stelltätigkeit bzw. Verstellbewegung wieder entlastet werden können.

Fig. 5 zeigt eine Kombination aus einem Fluidic-Muscle 1 und einer wirk­ parallel angeordneten Schraubenfeder 11 (allgemein Federelement 11), die es ermöglicht, entsprechende Zug- und Druckkräfte aufzunehmen bezie­ hungsweise bereitzustellen. Bei geeigneter Ansteuerung kann der Kontrakti­ onsschlauch 1 dann eine schwingungsdämpfende Funktion übernehmen. Damit kann diese Ausführung quasi als Federbein für verschiedene Anwen­ dungen eingesetzt werden.

Nicht figürlich dargestellt ist die Möglichkeit, einen derartigen Kontraktions­ schlauch 1 mit einem elektrorheologischen oder magnetorheologischen Me­ dium als Fluid, mit welchem der Innenraum des Kontraktionsschlauches 1 beaufschlagt wird, zu betreiben. Hierdurch kann insbesondere das nicht total vernachlässigbare elastische Verhalten des Fluidic-Muscle in gewünschter Weiss beeinflußt werden, wobei dieser sog. elastokinematische Effekt in der Fahrwerktechnik eines Kraftfahrzeuges eine nicht unerhebliche Bedeutung besitzt.

Dabei bieten magnetorheologische Flüssigkeiten den Vorteil, daß sie durch Anlegen eines entsprechend starken Magnetfeldes Festkörpereigenschaften annehmen können, wodurch der Fluidic-Muscle 1 in Grenzen auch in die Lage gesetzt wird, Druckkräfte, Querkräfte und Momente aufzunehmen. Die­ se Möglichkeiten sind beim derzeitigen Stand der Technik bei elektrorheolo­ gischen Flüssigkeiten aufgrund der zwar erzielten Viskositätsänderungen, aber dennoch beibehaltenen Flüssigkeitseigenschaften deutlich geringer. Durch den Betrieb bspw. der in Fig. 5 gezeigten Anordnung mit elektro- oder magnetorheologischen Medien ist sowohl eine Realisierung von Dämpfungseigenschaften, als auch eine Verbesserung der durch geeignete Anregung erzielten Dämpfungscharakteristik möglich.

Ein grundsätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebskonzeptes für eine einstellbar veränderliche Lenker-Abstützung in einer Rad- oder Achs­ aufhängung eines Personenkraftwagens zur Realisierung von Linearbewe­ gungen und Kräften eignet sich dabei besonders für den Einsatz in ver­ schmutzter Umgebung sowie unter großen Temperaturschwankungen, wie sie eben in Fahrwerkskonstruktionen von Fahrzeugen auftreten. Dafür ver­ antwortlich ist der abgeschlossene Druckraum des Gesamtsystems, in dem sich das Betriebsmedium, d. h. das den Innenraum des Kontraktionsschlau­ ches 1 beaufschlagende Fluid befindet, denn anders als beispielsweise die Kolbenstange eines Hydraulikzylinders oder die bewegten Teile eines Elek­ tromotors ist ein Fluidic-Muscle 1 als in sich geschlossenes System unemp­ findlich gegenüber äußeren Verschmutzungen.

Beim Betriebsmedium bzw. genannten Fluid kann es sich ausdrücklich so­ wohl um einen flüssigen als auch um einen gasförmigen Stoff handeln, wo­ bei mit Verwendung eines flüssigen Stoffes temperaturabhängige Viskosität­ sänderungen keine Rolle spielen, so daß das vorgeschlagene System von Änderungen der Temperatur im wesentlichen unabhängig bleibt. Weiterhin kommen in diesem Bauteil, nämlich im Kontraktionsschlauch 1 keine Gleit­ dichtungen oder sich gegeneinander bewegende Bauteile vor, so daß ein Austritt des Betriebsmediums oder dessen Bestandteile sowie bewegungs­ bedingter Verschleiß verhindert wird. Im Vergleich zu hydraulischen und elektrischen Antrieben bestehen weiterhin Vorteile in der Recyclingfähigkeit (aufwendige Entsorgung hydraulischer Flüssigkeiten sowie verschiedener Werkstoffe eines Elektroantriebes) und beim Gewicht (Entfall der Kupfer­ wicklungen elektrischer Antriebe sowie des hydraulischen Mediums bei Be­ trieb mit gasförmigen Betriebsstoffen). Dabei sei noch darauf hingewiesen, daß selbstverständlich eine Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen gestal­ tet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (10)

1. Achs- oder Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges mit zumindest ei­ nem Lenker (4), dessen Abstützung am Fahrzeugaufbau (12) oder an einem Radträger (3) einstellbar veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Abstützung über ei­ nen sich zwischen zwei beabstandeten Kopfstücken (1a, 1b) erstrec­ kenden Kontraktionsschlauch (1) erfolgt, der bei Fluidbeaufschlagung seines Innenraumes unter gleichzeitiger radialer Aufweitung axial kontrahiert und dabei die Kopfstücke (1a, 1b) relativ zueinander zu ei­ ner axialen Hubbewegung veranlasst.

2. Achs- oder Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Längenänderung des Kontrakti­ onsschlauches (1) eine Spur- oder Sturzänderung oder eine geringfü­ gige Lenkbewegung hervorruft.

3. Achs- oder Radaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kopfstück (1b) des Kon­ traktionsschlauches (1) und dem Lenker (4) eine Linearführung (5) vorgesehen ist.

4. Achs- oder Radaufhängung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das sich am Fahrzeugaufbau (12) ab­ stützende Kopfstück (1a) des Kontraktionsschlauches (1) und/oder das sich am Lenker (4) abstützende Kopfstück (1b) gelenkig gelagert ist/sind.

5. Achs- oder Radaufhängung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontraktionsschlauch (1) unter Zwi­ schenschaltung eines Hebels (6a) oder Kniehebels (6b) auf den Len­ ker (4) einwirkt.

6. Achs- oder Radaufhängung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Kontraktionsschläuche (1) mit zueinander paralleler Axialrichtung (2) vorgesehen sind, die in einander entgegengesetzter Richtung wirken können.

7. Achs- oder Radaufhängung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die mehreren Kontraktions­ schläuche (1) in eine Hin-Her-Bewegung versetzbare Lenker (4) durch eine Federanordnung (8) in einer Mittellage gehalten wird.

8. Achs- oder Radaufhängung nach einem der Ansprüche 6-7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der mehreren Kontraktions­ schläuche (1) eine Schraub-Gewinde-Einheit (9) verdreht werden kann.

9. Achs- oder Radaufhängung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Kontraktionsschlauch (1) wirk­ paralleles Federelement (11) vorgesehen ist.

10. Achs- oder Radaufhängung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontraktionsschlauch (1) mit einem elektrorheologischen oder magnetorheologischen Medium als Fluid betrieben wird.