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Die Erfindung betrifft eine Lenkanordnung für ein Fahrzeug, mit einem Radträger, an dem eine verschiebliche Spurstange und wenigstens ein Querlenker gelagert sind.
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Derartige Lenkanordnungen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Die meisten gelenkten Achsen weisen Lenkwinkel von weniger als 50° auf, was meist daher rührt, dass die Spurstange in extremen Lenkstellungen mit dem Rad bzw. der Felge kollidieren kann. Des Weiteren wird in extremen Lenkstellungen häufig die Lenkübersetzung extrem, da sich zwischen Spurstange und Spurhebelarm ein Winkel nahe 180° oder nahe 0° ergibt.
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Die
DE 10 2009 023 362 A1 beschreibt eine Vorderachsaufhängung mit einem Radträger zur Lagerung eines Fahrzeugrads, bei der mittels der Bewegung einer Spurstange eine Lagerstelle eines Querlenkers verschoben werden soll, um beim Lenken in Fahrzeuglängsrichtung die Radmitte zu verschieben, was letztendlich zu einem höheren Lenkwinkel führen soll.
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Aufgrund der Tatsache, dass bei dieser Lösung der Querlenker über mehrere Hebel und entsprechende Lager an der Karosserie gelagert ist, wird die Quersteifigkeit der Achse verringert. Des Weiteren verringern zusätzliche Weichheiten in der Anordnung der Spurstange die Lenkmomentensteifigkeit der Achse. Ein weiterer Nachteil der dort beschriebenen Lösung ist die recht komplexe Lageranordnung und die Führung der Bauteile, was zu hohen Kosten, einem hohen Gewicht und einer aufwendigen Montage führt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkanordnung für ein Fahrzeug zu schaffen, die mittels einer vergleichsweise einfachen Konstruktion sehr hohe Lenkwinkel ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Längsstrebe, die einerseits an der Spurstange und andererseits an der Karosserie bzw. einem Karosserieteil des Fahrzeugs angebracht ist und in Verbindung mit der Spurstange die Längsführung des Rads übernimmt, werden sehr hohe Lenkwinkel ermöglicht, was beispielsweise den Wendekreis eines mit einer solchen Lenkanordnung ausgestatteten Kraftfahrzeugs wesentlich verringert. Insbesondere für kleine, hauptsächlich in der Stadt eingesetzte Fahrzeuge eignet sich eine derartige Lenkanordnung, sie kann jedoch auch in anderen Fahrzeugen verbaut werden.
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In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Längsstrebe mittels jeweiliger Lagerelemente an der Spurstange und an dem Karosserieteil gelagert ist. Auf diese Weise ergibt sich eine zuverlässige Lagerung für die Längsstrebe, was die Steifigkeit der erfindungsgemäßen Lenkanordnung wesentlich erhöht.
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Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Querlenker stabförmig ausgeführt ist, so kann die Abstützung von Längskräften durch die Lagerstelle der Längsstrebe übernommen werden, wodurch letztendlich eine kompaktere Bauweise der gesamten Lenkanordnung erreicht wird.
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Um mögliche Kollisionen des Querlenkers und der Längsstrebe in den unterschiedlichsten Fahrsituationen zu vermeiden, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass diese beiden Bauteile in unterschiedlichen horizontalen Ebenen angeordnet sind.
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Des Weiteren kann eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, dass der Querlenker an seinem dem Radträger gegenüberliegenden Ende an einem Karosserieteil des Fahrzeugs gelagert ist. Diese Maßnahme trägt ebenfalls zur Erhöhung der Steifigkeit der erfindungsgemäßen Lenkanordnung bei.
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Da beim Lenken das karosserieseitige Lager des Querlenkers eine kardanische Auslenkung erfahren kann, kann eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, dass der Querlenker mittels eines derartigen Lagerelements an dem Karosserieteil gelagert ist, das eine kardanische Auslenkung aufnehmen kann.
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Eine bewährte und zuverlässige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkanordnung kann darin bestehen, dass die Spurstange mittels einer Zahnstange verschieblich ist. Dies ermöglicht eine sehr einfache Konstruktion der weiteren Lenkungsbauteile und gewährleistet einen sicheren Betrieb der erfindungsgemäßen Lenkanordnung. Wenn dabei die Zahnstange eine verstärkte Lagerung aufweist, können über die Zahnstange hohe Längskräfte aufgenommen werden, die sich aufgrund der durch die Längsstrebe übernommenen Längsführung ergeben können.
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Um mögliche Kollisionen der Spurstange mit dem Rad bzw. der Felge zu vermeiden, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die Spurstange gekrümmt ausgeführt ist.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein weiterer Querlenker vorgesehen ist, wobei die beiden Querlenker in unterschiedlichen horizontalen Ebenen angeordnet sind. Dieser weitere Querlenker kann ein Dreieckslenker sein; alternativ sind auch zwei Stablenker möglich. Auf diese Weise ergibt sich eine Lenkanordnung, die komplexe, an moderne Kraftfahrzeuge häufig gestellte Aufgaben im Hinblick auf das Lenken des Rads und die Aufnahme von auf dasselbe wirkenden Kräften übernehmen kann.
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Statt des Querlenkers kann in einer anderen Ausführungsform auch ein radführender Dämpfer Verwendung finden, an dem der Radträger angeordnet ist.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lenkanordnung;
- 2 eine Draufsicht auf die Lenkanordnung aus 1 in einer ersten Stellung des Rads;
- 3 die Lenkanordnung aus 2 in einer zweiten Stellung des Rads;
- 4 die Lenkanordnung aus 2 in einer dritten Stellung des Rads;
- 5 die Lenkanordnung aus 2 in einer vierten Stellung des Rads; und
- 6 die Lenkanordnung aus 2 in einer fünften Stellung des Rads.
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1 zeigt eine Lenkanordnung 1 für ein in seiner Gesamtheit nicht dargestelltes Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug. Die nachfolgend beschriebene Lenkanordnung 1 ist für gelenkte Achsen von Fahrzeugen einsetzbar, d.h. es wäre auch möglich, die Lenkanordnung 1 bei einer Hinterradlenkung und/oder bei einer Allradlenkung einzusetzen. In 1 verläuft die Fahrtrichtung eines mit der Lenkanordnung 1 ausgestatteten Fahrzeugs entgegen der mit „x“ bezeichneten Achse des dargestellten Koordinatensystems. Dies gilt auch für die Darstellung gemäß 2 sowie derjenigen der 3 - 6. Der Pfeil „y“ zeigt die Fahrzeugquerrichtung und der Pfeil „z“ die vertikale Richtung.
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Die Lenkanordnung 1 weist einen Radträger 2 auf, an dem eine verschiebliche Spurstange 3 und wenigstens ein, im vorliegenden Fall zwei Querlenker, nämlich ein unterer Querlenker 4 und ein oberer Querlenker 5, die sich in unterschiedlichen horizontalen Ebenen befinden, gelagert sind. Da der obere Querlenker 5 im vorliegenden Fall von untergeordnetem Interesse ist, wird nachfolgend der untere Querlenker 4 der Einfachheit halber meist als Querlenker 4 statt als unterer Querlenker 4 bezeichnet.
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Die Spurstange 3 ist im vorliegenden Fall mittels einer Zahnstange 6 verschieblich. Die Zahnstange 6, die in einer Lagerung 7 gelagert ist, wird in an sich bekannter Weise von einem nicht dargestellten Lenkgetriebe beaufschlagt und durch dasselbe in der mit dem Doppelpfeil A bezeichneten Richtung bewegt, wodurch sich die Spurstange 3 entsprechend bewegt. Da die Beaufschlagung der Spurstange 3 durch die Zahnstange 6 an sich bekannt ist, wird hierin nicht näher darauf eingegangen. In ebenfalls an sich bekannter Weise ist die Zahnstange 6 mittels eines Gelenks 8 mit der Spurstange 3 verbunden.
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Auch die Verbindung der Spurstange 3 mit dem Radträger 2, also an dem der Zahnstange 6 gegenüberliegenden Ende derselben, sowie die Verbindung des unteren Querlenkers 4 mit dem Radträger 2 und des oberen Querlenkers 5 mit dem Radträger 2 erfolgt über jeweilige Gelenke 9, 10 und 11. Das Gelenk 10, also der äußere Lagerpunkt des Querlenkers 4, bildet dabei in an sich bekannter Weise eine Lenkachse für ein in den 2 bis 6 dargestelltes Rad 17. Da der Aufbau und die Funktionsweise dieser Gelenke 9, 10 und 11 ebenfalls an sich bekannt ist, wird wiederum nicht näher auf dieselben eingegangen.
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Die Lenkanordnung 1 weist des Weiteren eine Längsstrebe 12 auf, die einerseits an der Spurstange 3 und andererseits an einem nur sehr schematisch angedeuteten Karosserieteil 13 des Fahrzeugs angebracht ist. Die Verbindung der Längsstrebe 12 mit der Spurstange 3 erfolgt über ein Lagerelement 14. In ähnlicher Weise ist die Längsstrebe 12 mittels eines Lagerelements 15 an dem Karosserieteil 13 gelagert. Hierbei ist die Längsstrebe 12 sowohl an der Spurstange 3 als auch an dem Karosserieteil 13 zwar drehbar, jedoch nicht verschieblich angebracht. Damit ändert sich der Abstand zwischen dem Gelenk 8 und dem Lagerelement 14 nicht.
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Auch der im vorliegenden Fall stabförmig ausgebildete Querlenker 4 ist an seinem dem Radträger 2 gegenüberliegenden Ende an einem Karosserieteil des Fahrzeugs, im vorliegenden Fall an dem Karosserieteil 13, mittels eines Lagerelements 16 gelagert. Selbstverständlich kann der Querlenker 4 auch an einem anderen Karosserieteil als an dem Karosserieteil 13 gelagert sein. Beispielsweise kann das Karosserieteil 13 auch durch einen teilweise in Fahrwerken von Fahrzeugen verwendeten Hilfsrahmen gebildet sein.
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Die Längsstrebe 12 hält die Spurstange 3 und übernimmt gemeinsam mit derselben die Längsführung für ein an dem Radträger 2 angebrachtes und in den 2 bis 6 dargestelltes Rad 17. Über die mit der Spurstange 3 verbundene Zahnstange 6 werden entsprechende, über das Rad 17 in die Lenkanordnung 1 eingeleitete Längskräfte abgestützt. Hierzu kann die Lagerung 7 der Zahnstange 6 verstärkt sein. Beispielsweise ist es möglich, ein geeignetes, translatorische Bewegungen der Zahnstange 6 ermöglichendes Wälzlager für die Lagerung 7 einzusetzen.
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Beim Lenken des Rads 17 mittels der Lenkanordnung 1 erfährt das karosserieseitige Lagerelement 16 des Querlenkers 4 eine kardanische Auslenkung. Daher ist das Lagerelement 16 vorzugsweise so ausgeführt, dass es eine kardanische Winkelauslenkung bei möglichst geringer Steifigkeit abbilden kann. Dies ist beispielsweise durch eine ballige Anordnung einer Innenhülse des Lagerelements 16 oder durch die Verwendung eines Kugelgelenks als das Lagerelement 16 möglich.
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Wie in 1 zu erkennen ist, sind der Querlenker 4 und die Längsstrebe 12 in unterschiedlichen horizontalen Ebenen angeordnet, um auch in unterschiedlichen Lenkzuständen sowie im vollständig ein- bzw. ausgefederten Zustand des Rads 17 Kollisionen zwischen diesen beiden Teilen zu vermeiden. Im vorliegenden Fall ist der untere Querlenker 4 in der mit „z“ bezeichneten Richtung unterhalb der Längsstrebe 12 angeordnet und der obere Querlenker 5 ist in z-Richtung oberhalb der Längsstrebe 12 angeordnet.
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Die dargestellte Ausrichtung des Querlenkers 4 relativ zu der Stellung des Rads 17 ist hinsichtlich der Querkraftabstützung günstiger als bei bekannten Lösungen. Dabei steht der Querlenker 4 im Vergleich zu einem üblicherweise feststehenden Querlenker im gelenkten Zustand tendenziell senkrechter auf der Radmittenebene. Die beschriebene Lenkanordnung ersetzt insbesondere durch das Vorhandensein der Längsstrebe 12 und des als Stablenker ausgeführten Querlenkers 4 in seiner Radführungswirkung gegenüber bekannten Konstruktionen entweder einen Dreieckslenker und die Spurstange oder zwei als Stablenker ausgeführte Querlenker und die Spurstange. Die beschriebene Lenkanordnung 1 ist daher in Kombination mit dem Querlenker 4 funktional ein Ersatz von entweder der oberen oder der unteren Lenkerebene einer herkömmlichen Radaufhängung. Wenn, wie im vorliegenden Fall, die untere Lenkerebene ersetzt wird, so kann beispielsweise die obere, nicht vollständig dargestellte Lenkerebene durch einen radführenden Dämpfer, einen Dreieckslenker und zwei Stablenker gebildet sein. Der obere Querlenker 5 ist im vorliegenden Fall als Dreieckslenker ausgeführt. Gleiches gilt selbstverständlich analog auch für die untere Lenkerebene, wenn durch die beschriebene Lenkanordnung 1 die obere Lenkerebene ersetzt wird.
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In den 2 bis 6 sind unterschiedliche Zustände des mittels der Lenkanordnung 1 gelenkten Rads 17 dargestellt. Dabei ist beispielhaft jeweils das linke Vorderrad des Fahrzeugs dargestellt. Selbstverständlich kann die Lenkanordnung 1 analog auch bei einem rechten Vorderrad oder bei jedem anderen gelenkten Rad des Fahrzeugs eingesetzt werden.
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Hierbei zeigt 2 eine Geradeausstellung des Rads 17, also eine Stellung, in der die Lenkanordnung 1 nicht mit Lenkhub beaufschlagt wurde. Diese Stellung des Rads 17 ist in den 3 bis 6 jeweils gestrichelt dargestellt.
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In 3 ist ein Lenkhub von -62,5% dargestellt, bei dem das Rad 17 nach innen eingeschlagen wird.
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4 zeigt einen Lenkhub von -100%, also den maximalen Lenkeinschlag, im Falle eines Einschlags des Rads 17 nach innen.
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In 5 ist, im Prinzip umgekehrt zu der Darstellung von 3, ein Lenkhub von 62,5% dargestellt, d.h. das Rad 17 wird in diesem Fall nach außen gelenkt.
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Wiederum im Prinzip umgekehrt zu der Darstellung von 4 ist in 6 ein Lenkhub von 100% im Außeneinschlag des Rads 17 dargestellt.
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Aus den 2 bis 6 wird also deutlich, dass mittels der hierin beschriebenen Lenkanordnung 1 sehr viel höhere Lenkeinschläge möglich sind als mit bekannten Lösungen. Dies ist der Fall, da sich durch die Lenkanordnung 1 eine derartige Kinematik ergibt, dass der Radträger 2 sich beim Lenken auch in Fahrzeuglängsrichtung schwenkt.
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Wie ebenfalls in der Darstellung der 2 bis 6 zu erkennen ist, ist die Spurstange 3 gekrümmt ausgeführt, wodurch Kollisionen insbesondere mit dem Rad 17 verhindert werden. Die Krümmung der Spurstange 3 kann auch nur in bestimmten Abschnitten derselben vorhanden sein.
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In den 1 - 6 ist eine Ausführung der Lenkanordnung 1 dargestellt, bei der das karosserieseitige Lagerelement 15 der Längsstrebe 12 in Fahrtrichtung gesehen vor dem spurstangenseitigen Lagerelement 14 der Längsstrebe 12 angeordnet ist. Es ist alternativ auch die umgekehrte Positionierung denkbar, bei der sich das Lagerelement 15 hinter dem Lagerelement 14 befindet.
