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Die Erfindung betrifft eine Lenkervorrichtung einer Fahrzeugachse gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der Praxis bekannte Fahrzeugachsen sind zur Darstellung eines betriebszustandsabhängig gewünschten Fahrverhaltens oftmals mit Lenkervorrichtungen ausgebildet, die insbesondere Stabilisatoreinrichtungen umfassen, deren Einfluss auf ein Wankverhalten einer Fahrzeugkarosserie durch schalt- und regelbare Einrichtungen veränderbar ist.
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Dabei haben sich im Wesentlichen zwei verschiedene Ausführungsformen im Fahrzeugbau etabliert. Eine erste Gruppe umfasst im Bereich einer Fahrzeugmitte auftrennbare Stabilisatoreinrichtungen, bei welchen die sich im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Stabilisatorhälften über einen Aktuator oder eine aktuierte Kupplung miteinander in Wirkverbindung bringbar sind. Die Aktuatoren sind oftmals als elektromechanische oder hydraulische Aktuatoren, wie beispielsweise in der
DE 10 2005 043 176 A1 beschrieben, ausgeführt und mit den Stabilisatorhälften gekoppelt, um die aufgetrennten Stabilisatorenden gegeneinander zu verdrehen oder eine Kupplung, die bei einem Ausfall des Systems über Federkräfte geschlossen wird, zu öffnen.
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Bei einer zweiten Gruppe von Stabilisatoreinrichtungen sind Stabilisatorbereiche meist über Pendelstützen mit einem Fahrwerk verbunden. Auf einer Fahrzeugseite ist eine Pendelstütze durch einen elektromechanisch oder hydraulisch linear verstellbaren Aktuator ersetzt. Durch die unterschiedliche Länge der Pendelstützen besteht die Möglichkeit, einen Stabilisatorbereich zu verdrehen und im Aufbau einer Stabilisatoreinrichtung ein Drehmoment zu erzeugen.
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Bei Nutzfahrzeugen werden ebenfalls Stabilisatoreinrichtungen verwendet, um ein gewünschtes Wankverhalten eine Fahrzeugaufbaus darstellen zu können. Im Vergleich zu Stabilisatoreinrichtungen, welche bei Personenkraftwagen verwendet werden, sind Stabilisatoreinrchtungen von Nutzfahrzeugen wesentlich größer zu dimensionieren.
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In der Praxis werden im Nutzfahrzeugbereich unter anderem Starrachsen mit Stabilisatoreinrichtungen verwendet, bei welchen die Stabilisatoreinrichtung auf eine Radführung im Wesentlichen keinen Einfluss hat. Aus Gewichts- und Kostengründen ist die Integration der Stabilisatorfunktion in radführende Bauteile erwünscht. Eine solche Funktionsintegration weisen sogenannte Vierpunktlenker auf, die als x-förmiges Bauteil die obere Lenkerebene einer Starrachse ersetzen und die Drehmomente und Querkräfte einer starren Fahrzeugachse im Bereich eines Fahrzeugrahmens abstützen.
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Statt einer punktförmigen Anbindung entsteht durch die auseinander liegenden Anbindungspunkte jeweils ein Hebelarm, über den bei Wankbewegungen einer Starrachse ein Vierpunktlenker tordiert wird. Das daraus resultierende Drehmoment wirkt der Wankbewegung eines Fahrzeugaufbaus eines Nutzfahrzeuges entgegen und dient zur Stabilisierung desselben. Vierpunktlenker werden grundsätzlich für verschiedene Starrachskonfigurationen verwendet.
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Letztbeschriebe mit Vierpunktlenkern ausgebildete Lenkervorrichtungen von Nutzfahrzeugachsen limitieren einen Verschränkungswinkel im Bereich einer Nutzfahrzeugachse in bestimmten Betriebszuständen eines Fahrzeuges, womit während eines Fahrbetriebes eines Nutzfahrzeuges in unwegsamem Gelände jeweils Räder einer Nutzfahrzeugachse auf einer Fahrzeugseite unter Umständen vom aktuell überfahrenen Untergrund abheben und hohe Kräfte im Verbindungsbereich zwischen der Fahrzeugachse und dem Fahrzeugaufbau auftreten. Darüber hinaus besteht bei einem einseitigen Abheben von Rädern im Bereich einer Nutzfahrzeugachse die Möglichkeit, dass ein Nutzfahrzeug fahrsicherheitskritische Kippbewegungen ausführt, die besonders bei hohen Beladungen eines Nutzfahrzeuges unerwünscht sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lenkervorrichtung einer Fahrzeugachse zur Verfügung zu stellen, mittels der insbesondere im Bereich einer Nutzfahrzeugstarrachse ein Verschwenkungswinkel zwischen den Rädern betriebszustandsabhängig variierbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Lenkervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Lenkervorrichtung einer Fahrzeugachse ist mit wenigstens vier Lenkerelementen ausgebildet, die einenends miteinander wirkverbunden sind. Jeweils zwei Lenkerelemente sind im Bereich ihrer freien Enden mit einer Fahrzeugachse und zwei weitere Lenkerelemente sind im Bereich ihrer freien Enden mit einem Fahrzeugaufbau koppelbar.
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Erfindungsgemäß bilden jeweils zwei der Lenkerelemente eine starr ausgeführte Teillenkereinrichtung aus, die über eine schaltbare Verbindungseinrichtung miteinander wirkverbunden sind. Die Teillenkereinrichtungen sind in einer ersten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung in einer im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung orientierten Trennebene um eine im Wesentlichen senkrecht zu der Trennebene stehende Drehachse zueinander verdrehbar und in einer zweiten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung in einer vordefinierten Anordnung zueinander starr miteinander verbunden.
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Die erfindungsgemäße Lenkervorrichtung ist mit einer Schaltfunktion zur betriebszustandsabhängigen Veränderung der Stabilisatorwirkung im Bereich eines vorzugsweise als Vierpunktlenker ausgeführten Bauteiles der Lenkervorrichtung ausgebildet. Hierfür ist der Vierpunktlenker im Schnittpunkt der vorzugsweise x-förmig angeordneten Lenkerelemente in einer in Fahrzeughochrichtung orientierten Trennebene in zwei Teillenkereinrichtungen aufgetrennt, die durch eine senkrecht zur Teilungsebene stehende Drehachse miteinander verbunden sind, wobei im Bereich der Drehverbindung vorzugsweise an einer zugeordneten Fahrzeugachse angreifende Zug- und Querkräfte übertragbar sind.
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Aufgrund der variierbaren Stabilisatorfunktionalität ist im Bereich einer Fahrzeugachse, d. h. insbesondere im Bereich einer Nutzfahrzeugstarrachse, ein Verschränkungswinkel zwischen Rädern der Fahrzeugachse, der die Lenkervorrichtung nach der Erfindung zugeordnet ist, betriebszustandsabhängig veränderbar, womit einerseits ein Abheben eines Rades einer Fahrzeugachsenseite auf konstruktiv einfache und kostengünstige Art und Weise vermeidbar ist und andererseits eine Wankneigung des Fahrzeugaufbaus während eines schnelleren Straßenbetriebs aufgrund einer höheren Federrate des Vierpunktlenkers, die vorzugsweise auf dem Niveau eines einstückig ausgeführten Vierpunktlenkers liegt, geringer darstellbar ist.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Es zeigt:
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1 eine schematisierte dreidimensionale Ansicht einer Nutzfahrzeugstarrachse, der eine erfindungsgemäße Lenkervorrichtung zugeordnet ist;
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2 eine Teildarstellung der erfindungsgemäßen Lenkervorrichtung gemäß 1;
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3 eine schematisierte dreidimensionale Teildarstellung einer ersten Ausführungsform der Lenkervorrichtung gemäß 1;
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4 eine Draufsicht auf die Lenkervorrichtung gemäß 3; und
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5 eine Teildarstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Lenkervorrichtung in einer Draufsicht.
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1 zeigt eine schematisierte dreidimensionale Darstellung einer vorliegend als Nutzfahrzeugstarrachse ausgeführten Fahrzeugachse 1 eines als Kipplader ausgeführten Baufahrzeuges, die über eine Vierbalgluftfeder 2 an einem Fahrzeugaufbau 3 angefedert ist. Der Fahrzeugachse 1 ist eine Lenkervorrichtung 4 zugeordnet, die einen sogenannten Vierpunktlenker 5 umfasst. Der Vierpunktlenker 5 der Lenkervorrichtung 4 ist in 2 in einer zweidimensionalen Draufsicht dargestellt, als x-förmiges Bauteil ausgeführt und ersetzt die obere Lenkerebene der Fahrzeugachse 1. Im Bereich des Vierpunktlenkers 5 werden an der Fahrzeugachse 1 angreifende Drehmomente und Querkräfte am Fahrzeugaufbau 3 abgestützt.
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Da der Vierpunktlenker 5 mit vier Lenkerelementen 5A bis 5D ausgebildet ist, die einenends miteinander wirkverbunden sind, entsteht durch auseinander liegende Anbindungspunkte 6A, 6B an der Fahrzeugachse 1 und durch auseinander liegende Anbindungspunkte 7A, 7B am Fahrzeugaufbau 3 der Lenkerelemente 5A, 5B bzw. der Lenkerelemente 5C, 5D jeweils ein Hebelarm, wobei der Vierpunktlenker 5 durch Wankbewegungen im Bereich der Fahrzeugachse 1 tordiert wird. Das jeweils entstehende Drehmoment wirkt einer Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus 3 entgegen und dient zur Stabilisierung desselben.
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Jeweils zwei Lenkerelemente 5A, 5B und 5C und 5D bilden vorliegend jeweils eine starr ausgeführte Teillenkereinrichtung 8A, 8B aus. Die Teillenkereinrichtungen 8A, 8B sind über eine schaltbare Verbindungseinrichtung 9, wovon in 3 und 4 ein erstes Ausführungsbeispiel und in 5 ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt sind, in der nachbeschriebenen Art und Weise miteinander wirkverbunden.
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Die Teillenkereinrichtungen 8A und 8B sind in einer ersten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung 9 in einer im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung orientierten Trennebene E1, die zusätzlich in Fahrzeugquerrichtung orientiert ist, um eine im Wesentlichen senkrecht zu der Trennebene E1 stehende Drehachse D1 zueinander verdrehbar und in einer zweiten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung in der in 2 näher dargestellten vordefinierten Anordnung zueinander starr miteinander verbunden. Ein Drehwinkelbereich zwischen den Teillenkereinrichtungen 8A, 8B bzw. 10A, 10B ist über fahrzeugaufbauseitige Anschlagbereiche begrenzt.
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In der ersten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung 9 sind über die die Drehachse D1 konstruktiv zur Verfügung stellbaren Bauteile der Verbindungseinrichtung 9 sowohl Zug- als auch Druckkräfte zwischen den beiden Teillenkereinrichtungen 8A und 8B führbar, während in der zweiten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung 9 auch in der Trennebene E1 wirkende Drehmomente im Bereich der Teillenkereinrichtungen 9 abstützbar.
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Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, dass jeweils die Lenkerelemente 5A und 5C sowie die Lenkerelemente 5B und 5D jeweils eine Teillenkereinrichtung 10A und 10B ausbilden und in einer im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung orientierten Trennebene E2, die zusätzlich in Fahrzeuglängsrichtung verläuft, um eine im Wesentlichen senkrecht zu der Trennebene stehende Drehachse D2 zueinander verdrehbar sind und in der zweiten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung in der in 2 dargestellten vordefinierten Anordnung zueinander starr miteinander verbunden sind.
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Bei der in 3 und 4 dargestellten ersten Ausführungsform der Verbindungseinrichtung 9 umfasst die Verbindungseinrichtung 9 zwei im Bereich eines Drehpunktes 11 drehbar miteinander verbundene Trägerelemente 12, 13, die in der zweiten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung 9 mit den Teillenkereinrichtungen 8A und 8B in Eingriff stehen und in der ersten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung 9 außer Eingriff mit den Teillenkereinrichtungen 8A, 8B sind. Die Trägerelemente 12, 13 sind mit Eingriffsbereichen 12A, 13A ausgeführt, die zumindest in der zweiten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung 9 mit jeweils korrespondierenden Eingriffsbereichen 14 der Teillenkereinrichtungen 8A, 8B zusammenwirken.
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Während eines Umschaltvorgangs der Verbindungseinrichtung 9 zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung werden die Teillenkereinrichtungen 8A, 8B durch zunehmenden Eingriff der Eingriffsbereiche 12A, 12B der Trägerelemente 12, 13 in die Eingriffsbereiche 14 der Teillenkereinrichtungen 8A, 8B in die vordefinierte Anordnung überführt und in der zweiten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung 9 in dieser arretiert. Die vordefinierte Anordnung der beiden Teillenkereinrichtungen zueinander entspricht dabei einer nicht verdrehten Lage der beiden Teillenkereinrichtung 8A und 8B. Dabei bilden die beiden Teillenkereinrichtungen 8A und 8B in der definierten Anordnung bei gleichzeitig eine Relativdrehbewegung zwischen den Teillenkereinrichtungen 8A und 8B sperrendem Betriebszustand der Verbindungseinrichtung 9 einen im Wesentlichen einstückig ausgeführten Vierpunktlenker aus, der im Vergleich zu dem eine Relativdrehbewegung zwischen den Teillenkereinrichtungen 8A und 8B freigebenden Betriebszustand eine höhere Wankfederrate zur Verfügung stellt.
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Die Trägerelemente 12 und 13 der Verbindungseinrichtung 9 bilden einen sogenannten Scherenmechanismus aus, der vorliegend über einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder 15, der zwischen zwei Verbindungsbereichen 16, 17 der Trägerelemente 12, 13 angeordnet ist, hydraulisch betätigbar ist.
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Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, den Scherenmechanismus der Verbindungseinrichtung 9 gemäß 3 und 4 über einen im Bereich des Drehpunktes 11 zentral angeordneten Schwenkantrieb zu betätigen.
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Der doppelt wirkende Hydraulikzylinder 15 ist vorliegend an ein vorhandenes und in der Zeichnung nicht näher dargestelltes Hydrauliksystem des Fahrzeugs, wie eines Kippmechanismus der Mulde oder des Fahrerhauses, angeschlossen und somit kosten- und bauraumgünstig ohne separaten Hydraulikkreislauf ausgebildet und bei weiteren Ausführungen auch mit einem eigenen Hydrauliksystem ausführbar.
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In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Verbindungseinrichtung 9 über einen elektromotorischen Antrieb oder einen anderen geeigneten Antriebsmechanismus betätigt wird, um bei einer Verschränkung der zueinander drehbaren Teillenkereinrichtungen 8A, 8B während eines Umschaltvorganges der Verbindungseinrichtung 9 ausgehend von der ersten Schaltstellung in seine zweite Schaltstellung die beiden Teillenkereinrichtungen 8A und 8B in die vordefinierte Anordnung zurückzuführen, in der der zuvor getrennte und im Bereich der Ebene E1 oder E2 tordierte Vierpunktlenker 5 die Form eines einteiligen Vierpunktlenkers aufweist.
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Dem in 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Lenkervorrichtung 4 liegt im Wesentlichen dieselbe Wirkungsweise wie der Lenkervorrichtung gemäß 3 und 4 zugrunde und unterscheidet sich lediglich im Bereich der Verbindungseinrichtung 9 von der ersten Ausführungsform der Lenkervorrichtung 4. In der nachfolgenden Beschreibung wird deshalb im Wesentlichen lediglich auf die Unterschiede eingegangen und bezüglich der weiteren Funktionsweise der Lenkervorrichtung 9 gemäß 5 auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
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Der Verbindungseinrichtung 9 der Lenkervorrichtung 4 gemäß 5 ist mit einem in der Teillenkereinrichtung 8A längsverschieblich angeordneten Koppelelement 18 ausgebildet, welches vorliegend einen hydraulisch betätigbaren Bolzen darstellt. Das Koppelelement 18 greift in der zweiten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung 9 in einen Aufnahmebereich 19 der Teillenkereinrichtung 8B ein und befindet sich in der ersten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung 9 außer Eingriff mit der Teillenkereinrichtung 8B, womit die Teillenkereinrichtung 8A und 8B in der Trennebene E1 gegeneinander verdrehbar sind und im Bereich der Räder 20, 21 der Fahrzeugachse 1 wie bei der ersten Ausführungsform der Lenkervorrichtung 4 eine vordefinierte Verschränkung, die gegenüber der zweiten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung 9 vergrößert ist, ermöglicht wird.
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Das Koppelelement 18 ist in seinem der Teillenkereinrichtung 8B zugewandten Endbereich mit einem in den Aufnahmebereich 19 der Teillenkereinrichtung 8B in der zweiten Schaltstellung der Verbindungseinrichtung 9 eingreifenden Führungsbereich 22 ausgebildet, der während eines Umschaltvorganges der Verbindungseinrichtung 9 zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung mit einem Führungsbereich 23 des Aufnahmebereiches 19 der Teillenkereinrichtung 8B zusammenwirkt und die Teillenkereinrichtungen 8A und 8B in die vordefinierte Anordnung überführt.
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Sowohl der Führungsbereich 22 des Koppelelementes 18 als auch der Führungsbereich 23 des Aufnahmebereiches 19 der Teillenkereinrichtung 8B sind kegelförmig bzw. kegelstumpfförmig ausgeführt, um ein Verklemmen im Bereich zwischen dem Koppelelement 18 und der Teillenkereinrichtung 8B zu vermeiden und die beiden Teillenkereinrichtungen 8A und 8B bei einem Umschaltvorgang der Verbindungseinrichtung 9 ausgehend von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung mit möglichst geringen Betätigungskräften im Bereich der Verbindungseinrichtung 9 in die vordefinierte Anordnung überführen zu können.
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Das Koppelelement bzw. der Bolzen 18 wird vorliegend im Bereich seiner der Teillenkereinrichtung 8B abgewandten Stirnseite anforderungsgemäß hydraulisch betätigt und entgegen einer Federkraft einer in 5 nicht näher dargestellten Rückstellfeder in Richtung der Teillenkereinrichtung 8B verschoben, um den bei geöffneter Verbindungseinrichtung 9 geteilten Vierpunktlenker 5 als einteiligen Vierpunktlenker zur Verfügung stellen zu können.
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In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, das Koppelelement über einen anderen linear wirkenden Aktuator, wie beispielsweise eine Bewegungsschraube oder dergleichen zu betätigen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugachse
- 2
- Vierbalgluftfeder
- 3
- Fahrzeugaufbau
- 4
- Lenkervorrichtung
- 5
- Vierpunktlenker
- 5A bis 5D
- Lenkerelement
- 6A, 6B
- Anbindungspunkt
- 7A, 7B
- Anbindungspunkt
- 8A, 8B
- Teillenkereinrichtung
- 9
- Verbindungseinrichtung
- 10A, 10B
- Teillenkereinrichtung
- 11
- Drehpunkt
- 12
- Trägerelement
- 12A
- Eingriffsbereich
- 13
- Trägerelement
- 13A
- Eingriffsbereich
- 14
- Eingriffsbereich
- 15
- Hydraulikzylinder
- 16, 17
- Verbindungsbereich
- 18
- Koppelelement
- 19
- Aufnahmebereich
- 20, 21
- Rad
- 22
- Führungsbereich des Koppelelementes
- 23
- Führungsbereich des Aufnahmebereiches
- D1, D2
- Drehachse
- E1, E2
- Trennebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005043176 A1 [0003]
