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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Einzelradaufhängung für die gelenkten Räder einer
Kraftfahrzeug-Vorderachse der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art.
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Vorderachsen
moderner Personenkraftwagen werden im allgemeinen entweder als Federbeinachsen
oder als Doppelquerlenker-Achsen ausgebildet. In beiden Fällen handelt
es sich um Einzelradaufhängungen.
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Bei
Doppelquerlenker-Achsen, die Gegenstand dieser Erfindung sind, erfolgt
die Radführung durch
die Kombination zweier im Abstand übereinander angeordneter Querlenker,
eines oberen Querlenkers und eines unteren Querlenkers, die jeweils
mit ihrem einen Ende am Radträger
bzw. Achsschenkel und mit ihrem anderen Ende am Fahrzeugaufbau und/oder
einem an diesem befestigten Hilfsrahmen o. ä. angelenkt sind.
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Solche
Doppelquerlenker-Vorderachsen gibt es in vielfältigen Varianten (z. B. Reimpell,
Fahrwerktechnik 1,3. Auflage, Vogel-Verlag, 1976, Seiten 114 bis
121). So sind z. B. einerseits Anordnungen bekannt, bei denen der
obere Querlenker und der untere Querlenker jeweils als mit breiter
Lagerbasis am Fahrzeugaufbau angelenkter Dreiecklenker ausgebildet
ist (s. o. Seite 116, Bild 3.4./5; Seite 120, Bild 3.4./11) und
andererseits z. B. Anordnungen, bei denen entweder nur der untere
oder nur der obere Querlenker als mit breiter Lagerbasis am Fahrzeugaufbau
angelenkter Dreiecklenker ausgebildet ist, während der jeweils andere Querlenker
als einfacher stabähnlicher
Querlenker ausgebildet ist, dessen radseitiges Außenende
in Fahrzeuglängsrichtung durch
eine Stütz-
bzw. Zugstrebe abgefangen ist (s. o. Seite 117, Bilder 3.4./7a und
3.4./7b; Seite 119, Bild 3.4./10).
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Eine
Einzelradaufhängung
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist aus Reimpell, Fahrwerktechnik:
Grundlagen, Vogel-Verlag, 3. Aufl., 1995, Seite 54 und 55 bekannt,
wo eine angetriebene Doppelquerlenker-Vorderachse der Audi A4 beschrieben
wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Einzelradaufhängung für die gelenkten Räder einer
Kfz-Vorderachse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten
Art zu schaffen, die sich durch guten Komfort auszeichnet, ohne
dass Bremskräfte
das System spürbar
belasten.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Einzelradaufhängung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren
Patentansprüchen
angegeben.
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Anhand
eines in der Zeichnung prinzipienhaft dargestellten Ausführungsbeispiels
wird die Erfindung nachstehend näher
erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen stark schematisiert und unter Fortlassung für das Verständnis der
Erfindung nicht notwendiger Bauelemente
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1 die
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung,
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2 eine
Ansicht dieser Radaufhängung
in Fahrzeuglängsrichtung
gesehen,
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3 eine
Draufsicht dieser Einzelradaufhängung
unter Fortlassung der Spurstange,
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4 eine – spiegelbildliche – entsprechende
Draufsicht dieser Einzelradaufhängung
unter Fortlassung der Querlenker,
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5 u. 6 zwei
der Funktionserläuterung
dienende Draufsichten auf den unteren Teil dieser Einzelradaufhängung und
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7 bis 9 jeweils
die prinzipienhafte Seitenansicht dieser Einzelradaufhängung in
verschiedenen Stadien des Überfahrens
einer Fahrbahnunebenheit.
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Der
das um seine Radachse 8 drehbare Fahrzeugrad 1 lagernde
Radträger
bzw. Achsschenkel 2 der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung ist
mittels eines unteren Querlenkers 3 sowie eines oberen
Querlenkers 4 schwenkbar am nur angedeuteten Fahrzeugaufbau 5 angelenkt.
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Der
untere Querlenker 3 wird dabei durch zwei Stablenker 31, 32 gebildet.
Diese sind einzeln einerseits mittels kugelgelenkigen Lagern 6 am
nur angedeuteten Fahrzeugaufbau 5 und andererseits mittels
kugelgelenkigen Lagern 61, 62 in einem Abstand
unterhalb der Radachse 8 am Radträger bzw. Achsschenkel 2 angelenkt.
Die beiden Stablenker 31, 32 sind vom Radträger 2 aus
zum Fahrzeugaufbau 5 stark ansteigend (α) sowie V-förmig gespreizt angeordnet.
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Der
obere Querlenker 4 ist mittels kugelgelenkigen Lagern 63 im
Abstand oberhalb der Radachse 8 am Radträger bzw.
Achsschenkel 2 angelenkt und ebenfalls vom Radträger 2 aus
zum Fahrzeugaufbau 5 hin stark ansteigend angeordnet, wie 2 erkennen
lässt.
Er ist er aufbauseitig derart angelenkt und längsabgestützt, dass sein radträgerseitiges
Lager 63 in Fahrzeuglängsrichtung
federnd auslenkbar ist.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der obere Querlenker 4 als sowohl radseitig als auch
aufbauseitig mittels je eines kugelgelenkigen Lagers 6 bzw. 63 angelenkter
Stablenker ausgebildet und in Fahrzeuglängsrichtung durch eine etwa
stabmittig an ihm angreifende Federvorrichtung 9 federnd
abgestützt.
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Abweichend
hiervon ist es aber auch denkbar, den oberen Querlenker 4 als
Dreieckslenker mit einem etwa in Fahrzeugquerrichtung ausgerichteten vornliegenden
Schenkel und einem schräg
nach hinten verlaufenden hintenliegenden Schenkel auszubilden und über ein
kugelgelenkiges Lager 63 am Radträger 2 anzulenken.
Die aufbauseitige Anlenkung dieses Dreieckslenkers muss dann derart
erfolgen, dass der vornliegende Schenkel über ein "hartes" kugelgelenkiges Lager und der schräg nach hinten
verlaufende hintere Schenkel über
ein vergleichsweise "weiches" Lager angelenkt
werden, so dass der Dreieckslenker erforderlichenfalls – im Rahmen
der 'Weichheit" des hinteren aufbauseitigen
Lenkerlagers – um
das "harte" vordere aufbauseitige
Lenkerlager schwenkbar und somit das radträgerseitige obere Lenkerlager 63 in
gewissem Umfange in Fahrzeuglängsrichtung
federnd auslenkbar ist.
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Der
nach hinten weisende Spurstangenhebel 71 des lenkbaren
Rades 1 ist im oberen Bereich des Achsschenkels 2,
d. h. etwa in Höhe
des oberen Stablenkers 4 bzw. dessen radseitigen Lenkerlagers 63 angeordnet.
Die somit in bekannter Weise hinter den Radachsen 8 liegende
Spurstange 7, welche den Spurstangenhebel 71 mit
einem üblichen
Lenkgetriebe, hier einer Zahnstangenlenkung 51 verbindet,
ist nun einerseits – in
Fahrtrichtung gesehen – etwa
in Höhe
des oberen Stablenkers 4 und etwa parallel dazu vom Spurstangenhebel 71 aus
zum Lenkgetriebe, d. h. zur Zahnstange 51 hin stark ansteigend
angeordnet, wie dies in 2 erkennbar ist. Durch diese
in Fahrtrichtung gesehene Parallelführung der Spurstange 7 mit
dem oberen Stablenker 4 wird vermieden, dass mit dem Ein-
und Ausfedern des Rades 1 unerwünschte Vorspuränderungen
verbunden sind.
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Andererseits
ist die Spurstange 7 – in
der Draufsicht – vom
Spurstangenhebel 71 des Achsschenkels 2 aus schräg nach hinten
(β) zum
Fahrzeugaufbau 5 bzw. dem dort mittel- oder unmittelbar befestigten
Lenkgetriebe, d. h. der Zahnstange 51 ausgerichtet.
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Es
ist leicht erkennbar, dass sich der Achsschenkel 2 infolge
der längsfedernden
Abstützung des
oberen Stablenkers 4 beim Überfahren von Hindernissen
um einen Pol pendelnd bewegen kann, wobei – wie in 1 durch
Pfeile und in 2 gestrichelt angedeutet – das radseitige
vordere Lenkerlager 61 des vorderen unteren Stablenkers 31 nach oben,
das radseitige hintere Lenkerlager 62 des hinteren unteren
Stablenkers 32 nach unten und das radseitige obere Lenkerlager 63 des
oberen Stablenkers 4 nach hinten ausgelenkt werden, wobei
auch der nach hinten weisende Spurstangenhebel 71 eine entsprechende
nach hinten unten gerichtete Schwenkbewegung erfährt, wie dies auch in 2 durch
eine entsprechend verschwenkte Spurstange 7' gestrichelt angedeutet ist (Verkürzung ihrer
wirksamen Länge
in Richtung Nachspur).
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Wegen
ihrer V-förmig
gespreizten und zum Fahrzeugaufbau 5 hin stark ansteigenden
Ausrichtung würden
die beiden unteren Stablenker 31, 32 bei dieser
Achsschenkelpendelbewegung in ihrer Projektion auf die Fahrbahn
an sich einerseits eine Verlängerung
(vorderer Stablenker 31) und andererseits eine Verkürzung (hinterer
Stablenker 32) erfahren, wobei das hintere untere Lenkerlager 62 weiter
ins Fahrzeuginnere und das vordere untere Lenkerlager 61 weiter
nach außen
verschoben würde,
wie dies in 5 prinzipienhaft dargestellt
ist.
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Da
nun aber, wie 4 zeigt, die Spurstange 7 in
der Draufsicht, d. h. in ihrer Projektion zur Fahrbahn schräg nach hinten
(β) ausgerichtet
ist, wird ein solches in 5 angedeutetes In-Nachspur-Gehen des
Rades 1 durch eine durch die Spurstange 7 bewirkte
Vorspurüberlagerung
je nach Auslegung der miteinander zusammenwirkenden Bauelemente
teilkompensiert, kompensiert oder aber sogar überkompensiert. Wie 4 in
Verbindung mit 1 und 2 erkennen
lässt,
wird durch die schräg
nach hinten ausgerichtete Spurstange 7 nämlich bei
einer infolge einer hindernisbedingten Pendelbewegung des Achsschenkels 2 stattfindenden
Auslenkung des im oberen Achsschenkelbereich angeordneten Spurstangenhebels 71 nach
hinten eine in 4 mit K angedeutete Lenkbewegung
des Rades 1 in Richtung Vorspur erzwungen, die sich den
zuvor erläuterten Vorgängen (5)
kompensierend überlagert.
Ausdrücklich
darauf hingewiesen sei, dass die durch die unteren Querlenker 31, 32 bewirkten
speziellen Abläufe
(5) anhand der einen Seite der Vorderachse und
die spurstangenbewirkten speziellen Abläufe (4) anhand
der spiegelbildlichen anderen Seite der Vorderachse erläutert sind.
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Die
Spurstange 7 führt
das bei Pendelbewegungen des Achsschenkels 2 in der an
den Stablenkerenden wirksamen Normalebene im Prinzip in Nachspur
gezwungene Vorderrad 1 (5) wieder
in Vorspur bzw. je nach Auslegung wieder in Spur Null zurück, wie
dies in 6 angedeutet ist.
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Durch
das durch die Spurstange 7 erzwungene "Rückdrehen" des Rades werden
der gegenüber
seiner Ausgangslage (3) steiler gestellte hintere
untere Stablenker 32 und der gegenüber seiner Ausgangslage flacher
gestellte vordere untere Stablenker 31 um einen in 6 und 9 mit
d bezeichneten Wert (Horizontalfederung) weiter in Fahrzeuglängsrichtung
nach hinten verschoben.
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Damit
ist beim Überfahren
von Fahrbahnunebenheiten bzw. von Hindernissen für den dabei infolge der längsnachgiebigen
Abstützung
des oberen Querlenkers 4 nach hinten schwingenden Achsschenkel 2 ein
Drehpol P wirksam, welcher wegen der Drehung des Achsschenkels 2 von
seiner durch die unteren radträgerseitigen
Lenkerlager 61, 62 bestimmten ursprünglichen
Höhe b
in Richtung Fahrbahn nach unten verschoben ist (Pfeil 2).
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Optimale
Verhältnisse
liegen dann vor, wenn dieser wirksame Drehpol für den Achsschenkel 2 durch
entsprechende Bemessung und insbesondere Steilstellung der beiden
unteren Stablenker 31, 32 so weit abgesenkt wird,
dass er zumindest annähernd
in Fahrbahnhöhe
fällt,
wie dies in den Figuren beispielhaft angedeutet ist.
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Wenn
der für
den Achsschenkel 2 wirksame Drehpol P in Fahrbahnhöhe liegt,
dann hat das zur Folge, dass einerseits der Achsschenkel 2 bei Bremsvorgängen nicht
nach vorn schwingt, da die Bremskräfte ja im Drehpol P wirksam
sind, und andererseits die bei Kurvenfahrt eingeschlagenen Räder 1 über die
Fahrbahn keinerlei Sturzbelastung erfahren.
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Diese
günstigen
Kraftverhältnisse
ermöglichen
eine besonders weiche Auslegung der den oberen Stablenker 6 in
Fahrzeuglängsrichtung
federnd abstützenden
Federvorrichtung 9, was eine entsprechend spürbare Komfortverbesserung
mit sich bringt.
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Infolge
ihrer stark geneigten Anordnung (α) wird
die wirksame Längenänderung
(Projektion auf die Fahrbahn) der beiden unteren Stablenker 31, 32 beim Überfahren
von Fahrbahnunebenheiten und Hindernissen mit zunehmendem Verschwenken
des Achsschenkels 2 immer größer und mit ihnen auch die
Ausweichstrecke d, welche man aus 6 durch geometrische
Betrachtungen erhält.
Je größer aber
d wird, desto weiter sinkt der wirksame Drehpol P aus seiner ursprünglichen
Lage in Höhe
b weg zur Fahrbahn hin (9).
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Die
vorteilhaften Effekte werden im wesentlichen durch die stark geneigte
Anordnung (α)
der beiden unteren Stablenker 31, 32 bewirkt.
Verliefen diese statt dessen etwa horizontal, dann würde die
wirksame Länge
(Projektion auf die Fahrbahn) der beiden Stablenker beim hindernisbedingten
Verschwenken des Achsschenkels 2 gleichsinnig verändert werden, d.
h. die beiden Stablenker stimmten bezüglich ihrer wirksamen Länge überein;
eine zusätzliche "Ausgleichsstrecke" d (6 und 9)
träte nicht
auf. Im übrigen
läge der
wirksame Drehpol des Achsschenkels 2 bei einer solchen
Anordnung etwa um b oberhalb der Fahrbahn (9) mit der
Folge, dass der Achsschenkel bei Bremsvorgängen entsprechend nach vorn
kippen würde
und die bei Kurvenfahrt eingeschlagenen Räder über die Fahrbahn eine entsprechende
Sturzbelastung erfahren. Die Federvorrichtung 9 muss in
diesem Falle wesentlich härter ausgebildet
werden, als bei der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung.
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Die
schematisierte prinzipienhafte Darstellung der 7 und 8 lässt erkennen,
dass der Achsschenkel 2 der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung beim Überfahren
eines Hindernisses infolge des längsfedernd
abgestützten
(Federvorrichtung 9) oberen Querlenkers in Pfeilrichtung
(7) nach hinten geschwenkt wird und das Rad 1 sich längs eines
mit 1 bezifferten Bogens zum Hindernis hochbewegt, wobei die Radachse 8 in
Fahrtrichtung einen mit II bezifferten Bogen beschreibt (8).
Infolge der langen Einfederstrecke a wirkt am für die Schwenkbewegung des Achsschenkels 2 wirksamen Pol
P eine im Vergleich zu konventionellen Anordnungen bedeutet verringerte
Einfedergeschwindigkeit, was eine entsprechende Komfortverbesserung darstellt.
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Die
Radlasten werden durch einen – nicht eingezeichneten – Federdämpfer aufgenommen,
der beispielsweise mit dem oberen Querlenker 4 verbunden
ist.
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- 1
- Fahrzeugrad
- 2
- Radträger, Achsschenkel
- 3
- unterer
Querlenker
- 31
- vorderer
unterer Stablenker
- 32
- hinterer
unterer Stablenker
- 4
- oberer
Querlenker, oberer Stablenker
- 5
- Fahrzeugaufbau
- 51
- Lenkgetriebe
(Zahnstange)
- 6
- (Lenker)
lager
- 61
- vorderes
radseitiges unteres Lenkerlager
- 62
- hinteres
radseitiges unteres Lenkerlager
- 63
- radseitiges
oberes Lenkerlager
- 7
- Spurstange
- 71
- Spurstangenhebel
- 8
- Radachse
- 9
- Federvorrichtung