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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Höhenverstellung wird der Fahrzeugaufbau mit seiner Gewichtskraft auf einer Radaufhängung des Fahrzeugs abgestützt ist, und zwar unter Bildung eines Lastpfads, in dem in Reihenschaltung zumindest zwei Fahrzeugteile eingebunden sind. Die beiden Fahrzeugteile sind an einer Lagerstelle kraftübertragend miteinander verbunden, der eine Stelleinheit zugeordnet ist. Mittels der Stelleinheit können die beiden Fahrzeugteile zueinander um einen Stellweg in der Fahrzeughochrichtung verstellt werden, und zwar unter Höhenverstellung des Fahrzeugaufbaus.
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Die Fahrzeug-Standhöhe ist ein Kompromiss aus mehreren Kriterien. Für ein hochgelegtes Fahrzeug stehen beispielsweise die Gelände- oder Alltagstauglichkeit des Fahrzeugs, ein ergonomischer Einstieg. Gegebenenfalls sind Bodenfreiheitsanforderungen für bestimmte Zulassungen erforderlich. Für ein tiefgelegtes Fahrzeug hingehen sprechen in der Regel Vorteile bei Verbrauch/ Reichweite aufgrund geringeren Luftwiderstands, die Optik und ein vorteilhaft tiefer Schwerpunkt für Fahrdynamik.
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Ein optimaler Kompromiss wird dadurch erschwert, dass die Standhöhe großen Toleranzen unterworfen ist. Diese entstehen aus verschiedenen Gründen, etwa aufgrund von Bauteiltoleranzen (Karosserie wie Achse), ferner aufgrund einer Federzuordnung, bei der die Achslasten, die aus unterschiedlichen Motorisierungen und Mehrausstattungen rühren, in Achslastgruppen eingeteilt werden, denen jeweils eine Feder (mit entsprechender Länge und Steifigkeit) zugewiesen wird. So entsteht eine Spreizung der Achslasten die dieselbe Hauptfeder erhalten und damit auch die Standhöhe. Zudem ergeben sich Reifentoleranzen in Radius und Steifigkeit oder aus verschiedene Reifen im Reifenprogramm.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Vorgaben an Komponenten (zum Beispiel Bauteile nahe der Bodengrenzfläche, Sichtstrahlen, Vorgaben für Einbaulagen bspw. von Sensoren) diese Toleranzen berücksichtigen müssen. D.h. dass etliche Bauräume oder Optimierungspotentiale (hinsichtlich Design, Leichtbau etc.) nicht genutzt werden können.
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Für die Sichtfenster der Sensoren (bspw. für „long range“-Abstanderkennung) sind die Toleranzen der Standhöhen ebenfalls sehr nachteilig. Insbesondere Unterschiede der Standhöhe an Vorderachse im Verhältnis zur Hinterachse sind kritisch, weil diese die Toleranzen des Winkels des Fahrzeugs zur Fahrbahn erhöhen. Diese Winkel schränken aufgrund der langen Strecke (long range) das Sichtfenster stark ein.
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Die Toleranzen bei der Fahrzeug-Standhöhe sind auch bei Sicherstellung der Kippstabilität zu berücksichtigen, das heißt Verhindern eines Umkippens des Fahrzeugs. Auch hier Nachteile bei den Maßnahmen (weniger Reifengrip, andere ESP-Eingriffe, Dämpferabstimmung) in Kauf zu nehmen, weil für das nach Toleranzen maximal hochstehende Fahrzeug ausgelegt werden muss.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus bereitzustellen, die eine konstruktiv einfache Stelleinheit aufweist, mittels der insbesondere im fahrzeugbauenden Werk oder in der Werkstatt Bauteil- oder Fertigungstoleranzen in der Fahrzeug-Standhöhe ausgeglichen werden können.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist die Stelleinheit in konstruktiv einfacher Weise als zumindest eine Exzenteranordnung mit einer Exzenterschraube ausgebildet. Bei deren Drehbetätigung kann die Höhenverstellung des Fahrzeugaufbaus erfolgen.
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In einer technischen Umsetzung kann eine Exzenterschraube pro Halbachse eingesetzt werden, mittels der die Standhöhe des Fahrzeugs verstellt werden kann. Die Exzenterschraube ist zwischen zwei Bauteilen zu positionieren, die im Kraftfluss der Hauptfeder stehen, das heißt höhenbestimmend sind. Dies kann in einer ersten Ausführungsvariante beispielsweise zwischen Dämpferstelze und Traglenker sein. Alternativ kann in einer zweiten Ausführungsvariante die Exzenterschraube zwischen dem Radträger und einem Traglenker wirken.
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Am Ende der Montage des Fahrzeugs oder nach Werkstatttätigkeiten kann die Fahrzeughöhe gemessen und mittels der Exzenterschraube korrigiert werden. Dazu muss das Rad möglichst kraftfrei sein, das heißt das Fahrzeug beispielsweise auf einer Hebebühne.
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Auf diese Weise lässt sich die Toleranz in der Fahrzeug-Standhöhe ganz oder teilweise kompensieren, was zu Vorteilen führt, und zwar im Hinblick auf Design, Fahrdynamik, Fahrsicherheit und Verbrauch, da maximal tiefliegende Fahrzeuge bei gleichzeitiger Einhaltung der Bodenfreiheitsanforderungen ermöglicht sind. Zudem ergeben sich Package-Vorteile, da eine bessere Nutzung von Bauräumen ermöglicht ist, weil Sichtstrahlen und weitere Vorgabeflächen weniger toleriert sind. Ferner verbessert sich das Sichtfenster von Sensoren und erhöht sich der Gleichteileumfang (zum Beispiel der Tragfedern). Einfache und günstige Möglichkeit einer Standhöhenänderung sind auf Kundenwunsch möglich.
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Die Erfindung ermöglicht bei entsprechender Auslegung des Exzenters auch eine Darstellung von verschiedenen Standhöhen (bspw. für ein Sportfahrwerk, falls auf eine härtere Feder verzichtet wird) mit maximalen Gleichteileumfang.
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Im Vergleich zu anderen Maßnahmen zur Toleranzreduzierung (feinere Spreizung der Federleiter, Bauteiltoleranzreduzierung, Gewindefahrwerk, Wechsel auf Luftfeder) ist die erfindungsgemäße Ausführung relativ leicht (nur geringes Mehrgewicht zu herkömmlichen Schrauben und Schraubenlöchern), für alle Achstypen umsetzbar sowie günstig.
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Die Exzenterschrauben sollten leicht zugänglich sein.
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Die Exzentrizität (das heißt der Exzenter-Versatz) und Länge des Langlochs bestimmen das Ausmaß, in welchem das Fahrzeug in der Standhöhe einstellbar ist. Es kann bei entsprechend großer Auslegung damit neben der Toleranzkompensation auch eine Standhöhen-Einstellung umgesetzt werden. Jedoch ist eine derartige Auslegung mit mehr Bauraumbedarf und Mehrgewicht verbunden.
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Nachdem die Exzenterschraube eingestellt und angezogen ist, kann die Position markiert werden, um bei etwaigen Reparaturarbeiten wieder dieselbe Bodenfreiheit einstellen zu können ohne aufwändige Messung.
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Je nach Prinzip der Federanbindung kann es unterschiedliche Positionen geben, an denen der Exzenter angebracht werden sollte. In einer ersten Ausführungsform kann eine Fahrzeugachse ein Federbein aufweisen (beispielsweise in einer Fünflenker-Vorderachse). Dort ist die Exzenterschraube sinnvollerweise zwischen Dämpferstelze und Traglenker angebracht.
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In einer zweiten Ausführungsform kann die Fahrzeugachse mit freistehender Tragfeder realisiert sein (beispielsweise bei einer Mehrlenker-Hinterachse). In diesem Fall kann die Exzenterschraube sinnvollerweise zwischen Radträger und Traglenker angebracht ist. Diese Position ist allgemein in allen Fahrzeugachsen darstellbar, bei welchen die Tragfeder auf einem Traglenker sitzt und keine oder nur geringe Radlenkwinkel vorgesehen sind.
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Das Langloch kann in einer der beiden Komponenten angebracht sein, die durch die Exzenterschraube verbunden werden.
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In der obigen zweiten Ausführungsform wird die Kinematik der Achse verändert, das heißt eine Verstellung des Exzenters ändert Abstände der Lagerpunkte am Radträger. Dies ist in der Auslegung der Achse und seiner Eigenschaften zu berücksichtigen.
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Nachfolgend sind Erfindungsaspekte im Einzelnen dargelegt: So können die beiden, über die Exzenteranordnung miteinander verbundenen Fahrzeugteile in einer ersten Ausführungsvariante als ein Federbein und ein Radführungselement der Radaufhängung realisiert sein. Das Federbein weist in gängiger Praxis einen, als Zylinder-Kolben-Einheit ausgebildeten Stoßdämpfer sowie eine radial äußere, als Schraubendruckfeder realisierte Tragfeder auf. Im eingebauten Zustand ist der Fahrzeugaufbau über das Federbein auf dem Radführungselement der Radaufhängung abgestützt. Hierbei kann das Federbein mit seiner fahrzeugunteren Dämpferstelze an der Lagerstelle am Drahtführungselement angebunden sein. Beispielhaft kann das Radführungselement ein, ein Fahrzeugrad tragender Radträger sein. Alternativ dazu kann das Radführungselement ein Lenker sein, der an einer radträgerseitigen Anlenkstelle am Radträger angelegt ist und an einer aufbauseitigen Anlenkseite am Fahrzeugaufbau angelenkt ist.
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In einer zweiten Ausführungsvariante können die beiden, über die Exzenteranordnung miteinander verbundenen Fahrzeugteile ein Federlenker und der Radträger sein. In diesem Fall ist die Exzenteranordnung in der Fahrzeugquerrichtung fahrzeugaußen unmittelbar an der radträgerseitigen Anlenkstelle des Federlenkers integriert. Der Federlenker kann an einer gegenüberliegenden fahrzeuginneren, aufbauseitigen Anlenkstelle am Fahrzeugaufbau angelenkt sein. Bevorzugt kann die, zum Beispiel als Schraubdruckfeder realisierte Tragfeder auf dem Federlenker abgestützt sein. Dieser kann Bestandteil eines Mehrlenkerverbands (zum Beispiel Fünflenkerverband) sein und bevorzugt in einer unteren Lenkerebene des Mehrlenkerverbands angeordnet sein, wodurch ein einfacher Werkzeugzugang zur Exzenteranordnung ermöglicht ist.
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Zur weiteren Vereinfachung eines Werkzeugzugangs ist es bevorzugt, wenn die Schraubachse der Exzenterschraube in der Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet ist, wodurch eine einfache manuelle Betätigung in einer Werkstatt oder im fahrzeugbauenden Werk vom Werker ermöglicht ist.
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Die Exzenteranordnung kann in einer ersten Ausführungsvariante lediglich einem Toleranzausgleich bei der Einstellung der Fahrzeug-Standhöhe bewirken, um Bauteil- und/oder Fertigungstoleranzen auszugleichen. In diesem Fall ist darüber hinaus keine Fahrzeugniveau-Einstellung ermöglicht. Alternativ und/oder zusätzlich kann darüber hinaus die Stelleinheit so ausgelegt sein, dass auch eine Fahrzeugniveau-Einstellung ermöglicht ist, bei der werksseitig oder in einer Werkstatt der Fahrzeugaufbau hochgestellt oder tiefgestellt werden kann. Im Hinblick auf eine einwandfreie Höhenverstellung des Fahrzeugaufbaus ist es bevorzugt, wenn an beiden Radaufhängungen einer Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs jeweils eine Exzenteranordnung positioniert ist.
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Die Exzenteranordnung kann in beliebiger Weise realisiert werden. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Lagerstelle, in der die Exzenteranordnung integriert ist, wie folgt ausgeführt sein: so kann in der Lagerstelle das erste Fahrzeugteil (zum Beispiel Dämpferstelze) zwei voneinander beabstandete Konsolenflügel aufweisen, die in einer Fahrzeuglängsrichtung beidseitig des zweiten Fahrzeugteils (zum Beispiel Radlenker) angeordnet sind. Die Exzenterschraube kann ein Schraubbolzen mit einem Bolzenkopf, einem Bolzenschaft und einer Bolzenspitze sein. Der Bolzenschaft kann durch Schraublöcher der Konsolenflügel sowie durch eine Bolzendurchführung im zweiten Fahrzeugteil (zum Beispiel Radlenker) geführt sein. Die Bolzenspitze kann mit einer Schraubenmutter verschraubt sein. Bei festgespannter Schraubenmutter können somit die beiden Konsolenflügel sowie das zwischengeordnete zweite Fahrzeugteil als ein Axialpressverband zwischen dem Bolzenkopf und der Schraubenmutter miteinander verspannt sein.
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Der Exzenterschraube kann zudem zumindest eine, in etwa kreisrunde Exzenterscheibe zugeordnet sein. Diese kann drehfest mit der Exzenterschraube verbunden sein. Zudem kann die drehfest an der Exzenterschraube angeordnete Exzenterscheibe in einer Kulissenführung des Konsolenflügels des ersten Bauteils verstellbar geführt sein. Der Kreismittelpunkt der Exzenterscheibe kann um einen Exzenter-Versatz von der Bolzen-Schraubachse versetzt sein. Die in den beiden Konsolenflügeln des ersten Bauteils befindlichen Schraublöcher können bevorzugt als Langlöcher realisiert sein, deren Längserstreckung in der Fahrzeughochrichtung ausgerichtet ist.
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Bei der obigen Ausführungsvariante kann bei gelöster Schraubenmutter die Höhenverstellung erfolgen: durch Drehbetätigung der Exzenterschraube wird die damit bewegungsgekoppelte Exzenterscheibe mitgedreht, wodurch sich das erste Bauteil mit Bezug auf das zweite Bauteil um den Stellweg höhenverstellt. Diese Höhenverstellung erfolgt unter Verlagerung der Exzenterscheibe in der konsolenseitigen Kulissenführung in der Fahrzeugquerrichtung, sowie unter Verlagerung des Schraubbolzens in den konsolenseitigen Langlöchern in der Fahrzeughochrichtung.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine Radaufhängung eines zweispurigen Fahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 und 3 jeweils vergrößerte Schnittdarstellungen der aus der 1 bekannten Radaufhängung; und
- 4 eine Radaufhängung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In der 1 ist eine Radaufhängung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Radaufhängung ist Bestandteil einer Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs und in der Fahrzeugquerrichtung y jeweils beidseitig fahrzeugaußen angeordnet. Die Radaufhängung weist einen nur grob angedeuteten Radträger 1 auf, der über einen Mehrlenkerverband gelenkig mit einem Fahrzeugaufbau 3 verbunden ist. Von dem Mehrlenkerverband ist in der 1 lediglich ein Traglenker 5 gezeigt, der an einer aufbauseitigen Anlenkstelle S1 am Fahrzeugaufbau 3 angelenkt ist und an einer radträgerseitigen Anlenkstelle S2 am Radträger 1 angelenkt ist. In der 1 weist der Traglenker 5 eine um einen Querversatz Δy von der radträgerseitigen Anlenkstelle S2 nach fahrzeuginnen versetzte Lagerstelle L auf, an der eine Dämpferstelze 7 eines Federbeins 9 abgestützt ist. Die Dämpferstelze 7 ist an einem Dämpferkolben 11 angeformt. Zudem ist eine untere Federauflage 13 am Außenumfang des Dämpferkolbens 11 angeformt. Auf der unteren Federauflage 13 ist eine Tragfeder 17 mit ihrem unteren Federfußpunkt abgestützt. Die als Schraubendruckfeder ausgeführte Tragfeder 17 ist mit ihrem oberen Federfußpunkt unter Zwischenlage eines Dämpferlagers 19 am Fahrzeugaufbau 3 angebunden.
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Auf der Tragfeder 17 ist der Fahrzeugaufbau 3 mit seiner Gewichtskraft abgestützt, und zwar unter Bildung eines Lastpfads I, in dem in Reihenschaltung unter anderem das Federbein 9 mit seiner Dämpferstelze 7 und der Traglenker 5 eingebunden sind, die über die Lagerstelle L kraftübertragend miteinander verbunden sind.
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In der 1 ist in der Lagerstelle L eine Exzenteranordnung 23 mit einer Exzenterschraube 25 integriert. Bei deren Drehbetätigung um ihre Schraubachse A (3) erfolgt eine Höhenverstellung des Federbeins 9 mit Bezug auf den Traglenker 5 um einen Stellweg Δz in der Fahrzeughochrichtung z, wodurch sich auch der Fahrzeugaufbau 3 in der Fahrzeughochrichtung z höhenverstellt.
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In den 2 und 3 ist die Lagerstelle L mit integrierter Exzenteranordnung 23 im Detail dargestellt: Demzufolge weist die Dämpferstelze 7 in der Lagerstelle L zwei voneinander beabstandete Konsolenflügel 27 auf. Diese sind in einer Fahrzeuglängsrichtung x beidseitig des Traglenkers 5 angeordnet. Die Exzenterschraube 23 ist in der 3 als ein Schraubbolzen mit einem Bolzenkopf 29, einem Bolzenschaft 31 und einer Bolzenspitze 33 realisiert. Der Bolzenschaft 31 der Exzenterschraube 23 ist durch Schraublöcher 35 der beiden Konsolenflügel 27 sowie durch eine Bolzendurchführung 37 im Traglenker 5 geführt. Die Bolzenspitze 33 ist in der 3 mit einer Schraubmutter 39 verschraubt. In der 3 ist die Schraubenmutter 39 festgespannt, wodurch die beiden Konsolenflügel 27 sowie dazwischen geordnete Traglenker 5 als ein Axialpressverband zwischen dem Bolzenkopf 29 und der Schraubenmutter 39 miteinander verspannt sind. In der Bolzendurchführung 37 des Traglenkers 5 sind außerdem Gleitbuchsen 41 positioniert. An den Stirnseiten der Gleitbuchsen 41 sind Unterlegscheiben 40 angeordnet.
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Die Exzenterschraube 23 weist sowohl an ihrem Bolzenkopf 29 als auch an ihrer Bolzenspitze 33 jeweils eine kreisrunde Exzenterscheibe 43 auf. Diese sitzen jeweils drehfest auf dem Bolzenschaft 31 der Exzenterschraube 23. Die Exzenterscheiben 43 sind jeweils in einer Kulissenführung 45 des jeweiligen Konsolenflügels 27 der Dämpferstelze 7 in der Fahrzeugquerrichtung y verstellbar geführt. Zudem ist in der 3 der Kreismittelpunkt der jeweiligen Exzenterscheibe 43 um einen Exzenter-Versatz Δe von der Schraubachse A achsparallel versetzt. Die Schraublöcher 35 in den beiden Konsolenflügeln 27 sind als Langlöcher ausgebildet, deren Längserstreckung in der Fahrzeughochrichtung z ausgerichtet ist.
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Die Höhenverstellung des Fahrzeugaufbaus erfolgt bei gelöster Schraubenmutter 39: Demnach kann durch Drehbetätigung der gelösten Exzenterschraube 23 die Dämpferstelze 7 mit Bezug auf den Traglenker 5 um den Stellweg Δz höhenverstellt werden. Diese Höhenverstellung erfolgt unter Verlagerung der Exzenterscheiben 43 in der jeweiligen konsolenseitigen Kulissenführung 45 in der Fahrzeugquerrichtung y sowie unter Verlagerung der Exzenterschraube 25 in den konsolenseitigen Langlöchern 35 in der Fahrzeughochrichtung z.
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Bei der in den 1 bis 3 dargelegten Exzenteranordnung 25 ist die Schraubachse A der Exzenterschraube 23 in der Fahrzeuglängsrichtung x ausgerichtet. Auf diese Weise ist ein einfacher Werkzeugzugriff vom Werker in einer Werkstatt oder im fahrzeugbauenden Werk ermöglicht.
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In der 4 ist eine Radaufhängung mit einer Exzenteranordnung 25 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. In der Radaufhängung der 4 ist der Radträger 1 über einen Mehrlenkerverband mit dem fahrzeuginneren Fahrzeugaufbau 3 verbunden. Von dem Mehrlenkerverband ist in der 4 lediglich ein, in einer oberen Lenkerebene angeordneter Lenker 47 sowie der, in einer unteren Lenkerebene angeordnete Traglenker 5, der in der 4 ein Federlenker ist. Der Fahrzeugaufbau 3 ist somit über die Tragfeder 17 unmittelbar auf dem Federlenker 49 abgestützt.
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In der 4 bildet die radträgerseitige Anlenkstelle S2 des unteren Federlenkers 5 die erfindungsgemäße Lagerstelle L, in der die Exzenteranordnung 23 integriert ist. Die Exzenteranordnung 23 ist dabei, wie in den 2 und 3 beschrieben, ausgeführt. Durch Drehbetätigung der gelösten Exzenterschraube 25 wird der Radträger 1 mit Bezug auf den Federlenker 5 um einen Stellweg Δz höhenverstellt. Durch diese Höhenverstellung erfolgt jedoch, im Unterschied zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel eine Kinematikänderung der Radaufhängung, die gegebenenfalls bei der Auslegung der Radaufhängung zu berücksichtigen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radträger
- 3
- Fahrzeugaufbau
- 5
- Traglenker
- 7
- Dämpferstelze
- 9
- Federbein
- 11
- Dämpferrohr
- 13
- Federauflage
- 17
- Tragfeder
- 19
- Dämpferlager
- 23
- Exzenteranordnung
- 25
- Exzenterschraube
- 27
- Konsolenflügel
- 29
- Bolzenkopf
- 31
- Bolzenschaft
- 33
- Bolzenspitze
- 35
- Schraublöcher
- 37
- Bolzendurchführung
- 39
- Schraubenmutter
- 40
- Unterlegscheiben
- 41
- Gleitbuchsen
- 43
- Exzenterscheiben
- 45
- Kulissenführung
- 47
- oberer Lenker
- Δe
- Exzenter-Versatz
- L
- Lagerstelle
- A
- Schraubachse
- S1, S2
- Anlenkstellen
- I
- Lastpfad
- Δy
- Quer-Versatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4863187 [0008]
- DE 102007048408 A1 [0008]
