-
Die Erfindung betrifft eine Vorderachse für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Vorderradachsen mit einer herkömmlichen Vorderradaufhängung haben einen Wendekreis, der als der kleinstmögliche Wenderadius definiert ist, den die Vorderräder haben können, wenn die Räder beim Lenken maximal eingeschlagen sind. Der maximale Winkel, um den sich die Räder drehen können, wird gewöhnlich als Sperrwinkel bezeichnet. Wie weit sich die Vorderräder drehen können, ist beispielsweise durch den Kontakt der ungefederten Massen inklusive Bremsanlage, wie Bremsscheibe oder Bremstrommel, mit einem anderen Teil der Radaufhängung, wie beispielsweise einem oberen und unteren Querträger, eingeschränkt. Insbesondere im urbanen Bereich ist es daher wünschenswert, die Manövrierfähigkeit von Fahrzeugen zu erhöhen. So wäre es beispielsweise von Vorteil, wenn zu Gunsten der Kundenzufriedenheit der Wendekreis eines Fahrzeuges so klein wie möglich ist, um beispielsweise ein erleichtertes Einparken oder einen einfachen sogenannten „U-turn“ auf schmalen Straßen zu ermöglichen.
-
Die
US 2006 278 446 A1 offenbart ein Zahnstangenlenkgetriebe-System für ein Kraftfahrzeug, welches eine mittels eines Lenkrades lenkbare Vorderachse aufweist. Das System umfasst eine erste Zahnstange, die hin und her beweglich mit dem Lenkrad und einem Ritzel verbunden ist. Zusätzlich zu der ersten Zahnstange ist das Ritzel mit einer zweiten Zahnstange verbunden, die quer relativ zu der ersten Zahnstange über das Ritzel bewegbar ist. Die lenkbare Vorderachse ist derart mit der zweiten Zahnstange verbunden, dass bei Drehung des Lenkrades die erste Zahnstange bewegt wird, diese das Ritzel antreibt und das Ritzel die zweite Zahnstange quer zur ersten Zahnstange bewegt, wodurch die Vorderachse angelenkt wird.
-
Aus der
US 4,630,701 A ist ein Fahrzeug-Lenkmechanismus bekannt, bei dem die Achsschenkel zwecks Verstellen der Spurweite in unterschiedlichen gegenseitigen Abständen verriegelt werden können, und bei welchem die effektive Länge der die Achsschenkel verbindenden Spurstange entsprechend geändert werden kann. Die, die Achsschenkel verbindende Spurstange ist in zwei im Wesentlichen parallel verlaufende Zahnstangen geteilt, die sich in einem geringen Abstand voneinander befinden. Die Zahnstangen sind durch ein zwischen ihnen gelagertes Zahnrad funktionell miteinander gekoppelt. Das Zahnrad ist dabei vorzugsweise mit der Fahrzeuglenkung gekoppelt. Um ein Verstellen der Spurweite zu ermöglichen, sind die Spurstangenenden, d. h. die Zahnstangenenden an entgegengesetzten Seiten der Achsschenkel angelenkt. Da die Zahnstangen durch Drehung des Zahnrades in einander entgegengesetzten Richtungen verschoben werden, ändert sich die effektive Länge der Spurstange nicht nur beim Verstellen der Spurweite, sondern auch beim Einschlagen der Räder.
-
Auch aus der
GB 2001409 A ist ein Lenkgetriebe mit zwei parallel zueinander und in einem Gehäuse liegenden Zahnstangen bekannt, die mittels eines zwischen den Zahnstangen angeordneten und in die Zähne der Zahnstangen greifenden Zahnrades bzw. Ritzels in einander entgegengesetzte Richtungen verschiebbar sind. Zur Rotation des Zahnrades ist dieses außermittig lagernd an einer Achse angeordnet, die entlang von Schlitzen innerhalb des Gehäuses und in lateraler Richtung relativ zu dem Gehäuse bewegbar ist.
-
Eine weitere Vorderradaufhängung für einen verbesserten Wendekreis eines Fahrzeuges ist aus der
WO 00/66908A1 bekannt. Um den Wendekreis des Fahrzeuges zu verringern, weist die Radaufhängung einen kompakten Achsschenkel mit niedrigem Profil in Kombination mit einem Bremssattel auf. Um eine geringere Baugröße zu erreichen, ist ein Kraftapplikator am oberen Bereich des Achsschenkels neben der Drehachse des Rades montiert. Dabei ist der Kraftapplikator in einer Öffnung in einem oberen Teil des Achsschenkels neben der vertikalen Drehachse angeordnet, die ebenfalls vertikal durch die Achsschenkel verläuft. Somit befindet sich der Kraftapplikator, beispielsweise ein Zylinder oder Kolben, innerhalb der Begrenzung des Achsschenkels, wodurch er so nah wie möglich an der vertikalen Achse platziert ist. Durch diese bauliche Maßnahme steht der Kraftapplikator mit einem kleineren Radius von der Lenkachse ab als herkömmliche Bremssattel, die im vorderen Bereich des Achsschenkels montiert sind. Insgesamt soll so der Wendekreis eines Fahrzeuges bis um ca. 21% verringert werden können.
-
Schließlich ist aus der
DE 2354905A1 ein beweglicher Aufbau, beispielsweise für einen Treibwagen bekannt, welcher Bewegungen mit dem Krümmungsradius „0“ ausführen kann. Der bewegliche Aufbau weist dabei ein Grundgestell und ein von diesem getragenes Arbeitsgestell auf. Das Grundgestell ist mit mindestens drei Unterstützungsrädern und einem zentral mit Bezug auf die Unterstützungsräder angeordneten Richtungsrad versehen. Die Unterstützungsräder sind dabei schwenkbar angeordnet oder so mit dem Richtungsrad gelenkig bzw. in antriebsartigem Zusammenwirken verbunden, dass ihre Ausrichtung und Orientierung von dem Richtungsrad abgeleitet werden kann.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorderachse für Kraftfahrzeuge zur Verfügung zu stellen, um deren Manövrierfähigkeit zu erhöhen, d. h. deren Wendekreis bei gleichbleibendem Fahrkomfort und identischen Sicherheitsanforderungen zu verringern.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Vorderachse für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit der einzigen Figur zusätzlich.
-
Erfindungsgemäß wird eine Vorderachse für ein Fahrzeug angegeben, bei der Vorderräder an lenkbaren Radträgern angeordnet sind, die an eine Lenkzahnstange und eine Zahnstange gekoppelt sind, welche in wenigstens einem Zahnstangengehäuse geführt sind und seitlich des Zahnstangengehäuses hin und her bewegbar sind, wobei die Lenkzahnstange und die Zahnstange funktionell miteinander gekoppelt sind.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorderachse liegt die Lenkzahnstange außerhalb der Rotationsachse der Vorderräder. Die Zahnstange liegt dabei vorteilhaft auf oder zumindest im Bereich der Rotationsachse der Vorderräder und verläuft in vorteilhafter Weise im Wesentlichen parallel zu der Lenkzahnstange. Durch die seitliche Hin- und Herbewegung der Zahnstange und der Lenkzahnstange relativ zum Zahnstangegehäuse ergibt sich durch die Anordnung der Lenkzahnstange zu der Zahnstange in vorteilhafter Weise, dass diese in axialer Richtung der Rotationsachse hin und her bewegbar sind.
-
In Bezug auf die Beschreibung der Lage und der axialen Ausrichtung der Lenkzahnstange und der Zahnstange soll als Rotationsachse die Achse verstanden werden, die durch die Stellung der Räder in einem Winkel von 0° zueinander, das heißt bei Parallelstellung der Vorderräder, gebildet wird. Im Winkel von 0° liegen die Achsen der Vorderräder deckungsgleich übereinander. Im Winkel größer oder kleiner 0° liegen die Rotationsachsen der Vorderräder dagegen parallel zueinander. Je nach Abstand der Lenkzahnstange und der Zahnstange zueinander kann es beim Erreichen des Sperrwinkels, das heißt beim Maximaleinschlag der Vorderräder dazu kommen, dass die Rotationsachse der Vorderräder die im Wesentlichen parallel zu der Zahnstange angeordnete Lenkzahnstange kreuzt. Die Beschreibung der Lage und Ausrichtung der Lenkzahnstange außerhalb der Rotationsachse der Vorderräder soll daher bei Stellung der Vorderräder in einem Winkel von 0° verstanden werden. Dadurch wird angegeben, dass die Lenkzahnstange in einem Abstand zu der Zahnstange liegt, wobei die Zahnstange auf der Rotationsachse der Vorderräder liegt, wenn diese in einem Winkel von 0° angeordnet sind, das heißt wenn die Vorderräder parallel zueinander stehen. Je nach Bauart und Kompaktheit der Vorderachse kann der Abstand der Lenkzahnstange zu der Zahnstange variieren. In einer vorteilhaften Ausführung ist die Lenkzahnstange in Fahrtrichtung des Fahrzeuges parallel und hinter der in Fahrtrichtung des Fahrzeuges vorne liegenden Zahnstange angeordnet. In vorteilhafter Weise liegen die Lenkzahnstange und die Zahnstange auf einer Ebene angeordnet. Es ist natürlich auch denkbar, dass die Lenkzahnstange und die Zahnstange auf unterschiedlichen Ebenen liegen, so dass beispielsweise die Lenkzahnstange über der Zahnstange angeordnet ist. Dabei bleibt der Abstand der Lenkzahnstange zu der Zahnstange unabhängig vom Einschlagwinkel der Vorderräder immer exakt gleich.
-
Zudem ist erkannt worden, dass sich durch das beabstandete Anordnen der Lenkzahnstange zu der Zahnstange, die in vorteilhafter Weise auf oder zumindest im Bereich der Rotationsachse der Vorderräder liegt, der maximale Einschlagwinkel der Vorderräder, d. h. dessen Sperrwinkel vergrößern lässt. Dies wird dadurch erreicht, dass sowohl die Zahnstange als auch die Lenkzahnstange mit der Radhalterung gekoppelt ist, wobei die Kopplung der Zahnstange an den zur Fahrzeugmitte hin liegenden Flächen der Radhalterung über eine Gelenkverbindung erfolgt, an die auch obere und untere Elemente der Radaufhängung gekoppelt sind, wohingegen die gelenkige Kopplung der Lenkzahnstange über Spurstangenhebel, die Bestandteile der Radträger sind, außerhalb der anderen Elemente der Radaufhängung erfolgt, nämlich außerhalb der Rotationsachse der Vorderräder. Durch diese Anordnung und Kopplung der Radhalterung mit der Lenkzahnstange und der Zahnstange wird der Maximaleinschlag der Vorderräder signifikant erhöht, da sich die Zahnstange beispielsweise bei einer Steuerung des Fahrzeuges nach rechts, nach rechts bewegt, wohingegen sich die Lenkzahnstange nach links bewegt, wodurch sich das Zentrum des rechten Rades nach außen bewegt. Wird das Fahrzeug nach links gesteuert, bewegt sich die Zahnstange nach links und die Lenkzahnstange nach rechts, wobei sich das Zentrum des linken Rades nach außen bewegt. Die Radhalterung soll mit einem zentralen Teil, welches z.B. als Nabe ausgebildet ist, an der ein Rad drehbar montierbar ist, verstanden werden. Zudem soll die Radhalterung als ein, eine Scheibenbremse oder Trommelbremse aufnehmendes Bauteil verstanden werden. Im Falle von Radnabenmotoren, soll die Radhalterung als ein den Radnabenmotor aufnehmendes oder dieses bildendes Bauteil verstanden werden.
-
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorderachse sind die Lenkzahnstange und die Zahnstange mittels Kraftübertragung über jeweils wenigstens ein Zahnstangenlenkgetriebe bewegbar, wobei die Zahnstangenlenkgetriebe funktionell miteinander gekoppelt sind.
-
Die Zahnstangenlenkgetriebe der Lenkzahnstange und der Zahnstange können vorteilhaft über eine Verbindungsstange funktionell miteinander gekoppelt sein. Das bedeutet, dass bei Bewegung der Lenkzahnstange die Zahnstange mitbewegt wird, was durch Kraftübertragung über die Verbindungsstange, also durch die funktionelle Kopplung erreicht wird. In vorteilhafter Weise wird die an der Lenkzahnstange über die Lenkung vermittelte Bewegung über das Zahnstangenlenkgetriebe der Lenkzahnstange über die Verbindungsstange auf das Zahnstangenlenkgetriebe der Zahnstange übertragen, wodurch die Zahnstange in die zu der Bewegung der Lenkzahnstange entgegengesetzte Richtung bewegt wird.
-
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung kann den Zahnstangenlenkgetrieben jeweils ein Motor zugeordnet sein, der zum Antrieb und Kraftübertragung der Zahnstangenlenkgetriebe dient. Die Motoren können dabei zur Unterstützung der Lenkbewegung, d. h. mit dem Ziel einer Lenkkraftunterstützung eingesetzt sein. Die Motoren können aber auch über ein Steuergerät funktionell miteinander verbunden sein, so dass die oben beschriebene entgegengesetzte Bewegung der Lenkzahnstange zu der Zahnstange auch ohne die mechanische Kopplung der Zahnstangenlenkgetriebe über die Ansteuerung der Motoren erfolgen kann. Das ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn mechanische Verbindungen vom Fahrzeugaufbau zum Chassis so weit wie möglich verringert werden sollen. Eine Steuerung der am und im Chassis angebrachten Aggregate, beispielsweise die Bremse oder der Antrieb, und auch die Steuerung der Lenkung könnte dabei ausschließlich elektronisch erfolgen. Dadurch kann der Fahrzeugaufbau und insbesondere der Fahrzeuginnenraum völlig isoliert vom Chassis auf dem Chassis montiert werden und quasi im „plug in“-Verfahren mit den Aggregaten des Chassis verbunden werden.
-
Es bietet sich an, die Lenkzahnstange und die Zahnstange, insbesondere bei einer großen Beabstandung zueinander, in getrennten Zahnstangengehäusen zu führen. Für eine sehr kompakte Bauweise der Vorderachse und zu dessen Gewichtsreduzierung können die Lenkzahnstange und die Zahnstange aber auch in einem gemeinsamen Zahnstangengehäuse geführt sein. Im letzteren Fall ist auch in dem gemeinsamen Zahnstangengehäuse jeweils ein Zahnstangenlenkgetriebe sowohl für die Lenkzahnstange als auch für die Zahnstange vorgesehen. Aufgrund der dicht zusammen liegenden Zahnstangenlenkgetriebe können diese anstelle einer Verbindungsstange auch über ein Zahnrad, eine Steuerkette, ein Zahnriemen oder eine andere mechanische Verbindung funktionell miteinander gekoppelt sein.
-
Zur Kopplung der Lenkzahnstange an den Radträgern, ist diese über Gelenkverbindungen und Spurstangen mit Spurstangenhebeln an den Radträgern verbunden. Die Spurstangen können integraler Bestandteil der Zahnstange sein oder mit dieser über Gelenkverbindungen gekoppelt sein. Ganz allgemein werden im Sinne der vorliegenden Anmeldung Gelenkverbindungen vorteilhaft als Kugelgelenkverbindungen verstanden. Natürlich sind auch andere Gelenkverbindungen denkbar, wenn sich diese im Sinne der Erfindung zweckmäßig einsetzen lassen. Die Spurstangenhebel können integraler Bestandteil der Radträger sein, d. h., dass die Spurstangenhebel einteilig mit den Radträgern ausgebildet sind. Es ist aber auch denkbar, beispielsweise bei der Nachrüstung von Fahrzeugen mit der erfindungsgemäßen Vorderachse, dass die Spurstangenhebel nachträglich an bereits vorhandenen Radträgern montiert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt die gelenkige Verbindung der Lenkzahnstange oder der damit verbundenen Spurstange mit dem Spurstangenhebel am Radträger auf einer Linie mit der die Drehachse des Radträgers mitbestimmenden vertikalen Verbindung des Radträgers mit dem Fahrzeugaufbau. Bei der vertikalen Verbindung handelt es sich z.B. um die Federbein- und/oder Stoßdämpfer-Verbindung der Radträger zum Fahrzeugaufbau.
-
Besonders vorteilhaft ist die Kopplung der Zahnstange oder einer damit gelenkig gekoppelten Führungsstange im zentralen Bereich der Vorderradaufhängungen an den Radträgern. Die Führungsstange kann in einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung auch integral mit der Zahnstange ausgebildet sein. Dabei wird der Abstand der Zahn- oder Führungsstange, die vorteilhaft auf der Rotationsachse der Vorderräder liegt, zu den oberen und unteren Aufhängungselementen, wie beispielsweise dem Quer- oder Längslenker, maximal eingehalten. Auf diese Weise kann ein Kontakt der Radträger mit den Aufhängungselementen bei maximalem Lenkeinschlag wirkungsvoll unterbunden werden, was zusätzlich zur Verringerung des Wendekreises eines Fahrzeuges führt.
-
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorderachse über das Zahnstangengehäuse der Lenkzahnstange oder das Zahnstangengehäuse der Zahnstange mit einem Hilfsrahmen verbunden. Natürlich können auch beide Zahnstangengehäuse mit dem Hilfsrahmen verbunden sein oder aber lediglich über die Aufhängungselemente der Vorderräder mit diesem gekoppelt sein. Derartige Hilfsrahmen oder Aggregatträger sind insbesondere in Großserien gefertigten modernen Personenkraftfahrzeugen weit verbreitet, weil mit ihnen zum einen an sonst an sich nicht geeigneten Stellen des Fahrzeuges u. a. Lager- und sonstige Stützpunkte für die schwenkbare Anlenkung von Radführungslenkern (z. B. Längs-, Schräg- oder Querlenkern) oder auch für die Befestigung des Antriebsaggregats, das heißt der Motor/Getriebe-Einheit geschaffen werden.
-
Ganz allgemein ist es denkbar, dass die erfindungsgemäße Vorderachse permanent im Fahrbetrieb arbeitet oder diese nur bei geringen Geschwindigkeiten oder während eines Ein- oder Ausparkvorganges zugeschaltet werden kann. Im Falle eines zu- und abschaltbaren Systems könnte dieses an eine Aus- und Einparkhilfe eines Fahrzeugs gekoppelt sein.
-
Insbesondere bietet sich die Vorderachse mit den beschriebenen Vorteilen und Ausführungsformen für ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug an. Durch die Verwendung der Vorderachse in einem Kraftfahrzeug wird dessen Manövrierfähigkeit bei Verringerung dessen Wendekreises stark erhöht. Gleichzeitig bleiben durch Verwendung eines Hilfsrahmens in Kombination mit der Vorderachse die fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeuges erhalten.
-
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine Vorderachse mit Hilfsrahmen für ein Fahrzeug in Draufsicht.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorderachse 1, die einen kleinen Wendekreis eines Fahrzeuges ermöglicht und so dessen Manövrierfähigkeit erhöht.
-
An der Vorderachse 1 sind Vorderräder 2 und 3 an anlenkbaren Radträgern 4 und 5 angeordnet. Die Vorderräder 2 und 3 liegen in der dargestellten Parallelstellung auf einer gemeinsamen Rotationsachse A-A. Außerhalb der Rotationsachse der Vorderräder liegt eine Lenkzahnstange 6 und eine dazu im Wesentlichen parallel verlaufende Zahnstange 7. Die Zahnstange 7 liegt auf oder zumindest im Bereich der Rotationsachse A-A der Vorderräder 2 und 3. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Lenkzahnstange 6 und die Zahnstange 7 jeweils in einem Zahnstangengehäuse 8 und 9 geführt. Die Lenkzahnstange 6 und die Zahnstange 7 sind derart in den Zahnstangengehäusen 8 und 9 geführt, dass sie seitlich relativ zu den Zahnstangengehäusen 8 und 9 in axialer Richtung der Rotationsachse A-A hin und her bewegbar sind. In einer vorteilhaften Ausführung ist die seitliche Hin- und Herbewegung der Lenkzahnstange 6 und der Zahnstange 7 links und rechts des Zahnstangengehäuses 8 oder des Zahnstangengehäuses 9 von zwei definierten Endanschlägen begrenzt. Natürlich können die Endanschläge auch links und rechts beider Zahnstangengehäuse 8 und 9 auf oder im Bereich der Lenkzahn- bzw. Zahnstange 6 und 7 ausgebildet sein. Die Lenkzahnstange 6 und die Zahnstange 7 sind mit den Radträgern 4 und 5 gekoppelt. Zur Kraftübertragung während einer Lenkbewegung sind die Lenkzahnstange 6 und die Zahnstange 7 über jeweils ein Zahnstangenlenkgetriebe 10 und 11 bewegbar.
-
Die Zahnstangenlenkgetriebe 10 und 11 sind vorliegend funktionell mittels einer Verbindungsstange 12 mechanisch miteinander gekoppelt. Werden die Lenkzahnstange 6 und die Zahnstange 7 in einem gemeinsamen Zahnstangengehäuse geführt, beispielsweise bei einer sehr kompakten Bauweise der Vorderachse 1, können die dicht zusammen liegenden Zahnstangenlenkgetriebe 10 und 11 anstelle einer Verbindungsstange 12 auch über ein oder mehrere Zahnräder, eine Steuerkette, einen Zahnriemen oder eine andere mechanische Verbindung funktionell miteinander gekoppelt sein.
-
Wie es auch bereits bei den Vorderachsen aus dem Stand der Technik bekannt ist, sind die Vorderräder 2 und 3 des Fahrzeuges, bestehend aus dem Reifen und der Felge, mit ihrem zentralen Teil mit einer Nabe verbunden. Die Radträger 4 und 5 dienen dabei als Nabenträger, auf denen die Vorderräder 2 und 3 über ein Lager drehbar gehalten sind, so dass die Räder um die Rotationsachse A-A (Radachse) herum rotieren können. Im Falle von Elektrofahrzeugen sind die Räder des Fahrzeuges an Radnabenmotoren auf den Radträgern 4 und 5 angeordnet.
-
In einer anderen vorteilhaften, hier nicht dargestellten Ausgestaltung, kann die mechanische Kopplung der Zahnstangenlenkgetriebe 10 und 11 durch eine elektronische Steuerung ersetzt sein. Dabei ist jedem Zahnstangenlenkgetriebe 10 und 11 ein Motor zugeordnet, der zum Antrieb und Kraftübertragung der Zahnstangenlenkgetriebe 10 und 11 dient. Die Motoren sind dabei funktionell über ein Steuergerät miteinander verbunden sein, so dass die oben beschriebene entgegengesetzte Bewegung der Lenkzahnstange 6 zu der Zahnstange 7 über die Ansteuerung der Motoren erfolgt.
-
Die Lenkzahnstange 6 ist über Spurstangenhebel 13 und 14, die an den Radträgern 4 und 5 ausgebildet sind, mit den Radträgern 4 und 5 verbunden. Zwischen der im Zahnstangengehäuse 8 geführten Lenkzahnstange 6 und den Spurstangenhebeln 13 und 14 sind beidseitig Spurstangen 15 und 16 über Gelenkverbindungen 20, 21, 22 und 23 sowohl mit der Lenkzahnstange als auch mit den Spurstangenhebeln 13 und 14 der Radträger 4 und 5 verbunden. Die Spurstangen 15 und 16 können aber auch integraler Bestandteil der Lenkzahnstange 6 sein, was vorliegend nicht dargestellt ist. Die Spurstangenhebel 13 und 14 sind, wie dargestellt, integraler Bestandteil der Radträger 4 und 5, d. h., dass diese einteilig mit den Radträgern 4 und 5 ausgebildet sind. Bei einer Nachrüstung von Fahrzeugen mit der erfindungsgemäßen Vorderachse 1, können die Spurstangenhebel 13 und 14 aber auch nachträglich an bereits vorhandenen Radträgern 4 und 5 montiert werden. Die Gelenkverbindungen 22 und 23 der Spurstangen 15 und 16 mit den Spurstangenhebeln 13 und 14 liegen auf oder zumindest im Bereich der Drehachsen der Radträger 4 und 5, was in der 1 durch die Linien B-B dargestellt ist. Die Drehachsen der Radträger 4 und 5 werden unter anderem durch deren vertikale Verbindungen mit dem Fahrzeugaufbau bestimmt. Bei den vertikalen Verbindungen handelt es sich jeweils um ein Federbein 24 mit einem Stoßdämpfer 25, die zusammen ein Feder-Dämpferbein bilden. Die Feder-Dämpferbeine dienen zur Bedämpfung von Vertikalbewegungen, die im Fahrbetrieb des Fahrzeuges an den Radträgern 4 und 5 auftreten.
-
Die Zahnstange 7 ist, wie in der 1 dargestellt, über Gelenkverbindungen 26 und 27 beidseitig des Zahnstangengehäuses 11 mit jeweils einer Führungsstange 17 und 18 gekoppelt. In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die Führungsstangen 17 und 18 integraler Bestandteil der Zahnstange. Die Führungsstangen 17 und 18 sind mit ihren an den den Kopplungsstellen mit der Zahnstange 7 gegenüberliegenden Enden über Gelenkverbindungen 28 und 29 im zentralen Bereich zwischen oberen und unteren Aufhängungselementen 30, 31, 32 und 33 mit den Radträgern 4 und 5 verbunden und liegen auf der Rotationsachse A-A der Vorderräder 2 und 3. Der Abstand der Führungsstangen 17 und 18 zu den oberen und unteren Aufhängungselementen 30, 31, 32 und 33 ist vorliegend maximal eingehalten.
-
In der dargestellten vorteilhaften Ausführungsform der Vorderachse 1 ist das Zahnstangengehäuse 8 mit einem Hilfsrahmen 19 verbunden. Die Verbindung kann in einer isolierten oder in einer nicht-isolierten Form erfolgen, d. h., dass das Zahnstangengehäuse 8 entweder am Hilfsrahmen 19 montiert ist oder über andere Komponenten des Lenksystems indirekt mit dem Hilfsrahmen 19 gekoppelt ist.
-
Der Hilfsrahmen 19 dient zudem als Träger für ein nicht weiter dargestelltes Antriebsaggregat oder eine nicht weiter dargestellte Motor- und Getriebeeinheit eines Kraftfahrzeuges oder als Teil einer ansonsten üblichen Einzelradaufhängung der Vorderräder eines Personenkraftfahrzeuges oder wird als Teil von mit elektrischen Radnabenmotoren ausgestatteten Vorder- und/oder Hinterradaufhängungen eingesetzt. Der Hilfsrahmen 19 erstreckt sich über einen großen Bereich der Fahrzeugbreite, zumindest so weit, dass rechts- und linksseitig die Aufhängungselemente für die Radträger angeordnet werden können. Somit wirkt der Hilfsrahmen 19 als stabilisierendes Element und verbessert dadurch die fahrdynamischen Eigenschaften eines Fahrzeuges.
-
Zudem wird dadurch eine Montageinheit geschaffen, die es erlaubt, die Aufhängungselement für beide Seiten des Fahrzeuges auf dem Hilfsrahmen 19 vorzumontieren und die so entstandene Montagebaueinheit während der Montage eines Fahrzeuges als Ganzes in einem Arbeitsschritt an den Fahrzeugaufbau zu montieren. Dazu weist der Hilfsrahmen 19 eine symmetrische Anordnung von Lagerschalen oder auch Lagerbuchsen 34, 35, 36 und 37 oder zumindest Aufnahmen in Form von Aussparungen für diese auf. In üblicher Weise haben die Lagerschalen, Lagerbuchsen 34, 35, 36 und 37 oder Aufnahmen eine runde Form, da die Lager zumeist eine kreiszylindrische Form aufweisen. Die schwenkbare Anlenkung der Aufhängungselemente 30, 31, 32 und 33 am Hilfsrahmen 19 erfolgt beidseitig jeweils über in Fahrtrichtung gesehene vordere Lenkerlager 38 und 39 sowie dazu beabstandete hintere Lenkerlager 40 und 41. Die Lenkerlager 38, 39, 40 und 41 enthalten in üblicher Weise elastische und bevorzugt gummielastische Lagerelemente. Die Lenkerlager 38, 39, 40 und 41 können als Radial- oder Vertikallager ausgebildet sein.
-
Die auf jeder Seite des Hilfsrahmens 19 angeordneten Lagerbuchsen 34, 35, 36 und 37 können zusammen mit elastischen Anschlagkörpern elastisch federnde und dämpfende Lager zur Halterung eines Fahrzeugaufbaus bilden. In üblicher Weise handelt es sich bei den elastisch federnden und dämpfenden Lagern um gummielastische Lager, die u. a. dazu dienen, fahrbahnbedingte Geräusche und/oder Vibrationen vom Fahrzeuginneren fernzuhalten. Die elastisch federnden und dämpfenden Lager sind meist als vertikal ausgerichtete Lager ausgestaltet, deren vertikale Kopplungsmittel, beispielsweise vertikale Lagerbolzen oder Lagerschrauben, zur lösbaren Befestigung des Hilfsrahmens 19 an einem Fahrzeugaufbau dienen.
-
Üblicherweise werden in der Fahrzeugindustrie Lagerelemente mit vibrations- und energieabsorbierenden Eigenschaften aus Gummi oder einer Gummimischung hergestellt. Dabei kann es sich um Gummi oder Gummimischungen aus Naturkautschuk oder aus industriell hergestelltem Gummi oder Gummimischungen oder um eine Kombination aus Naturkautschuk und industriell hergestelltem Gummi oder Gummimischungen handeln.
-
Wie in der 1 dargestellt, ist die Lenkzahnstange 6 mit einer Lenksäule 42 über ein Zahnstangenlenkgetriebe 43 verbunden. Die Lenksäule 42 ist in mehrere Abschnitte 44, 45 und 46 unterteilt, die über Gelenkverbindungen 47 und 48 miteinander verbunden sind. Die Lenksäule 42 kann in einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform aber auch einstückig ausgebildet sein. Die Lenksäule 42 ist an dem, dem Zahnstangengehäuse 8 gegenüberliegenden Ende mit einem Lenkrad 49 oder gegebenenfalls mit einem Joystick oder einem anders ausgebildeten Lenkhebel verbunden. Natürlich kann an der Lenksäule 42 oder im Bereich der Zahnstangengehäuse 8 und 9 eine Servounterstützung angeordnet sein, die ein erleichtertes Lenken des Fahrzeuges ermöglicht. Es ist aber auch denkbar, dass Motoren, die die Zahnstangenlenkgetriebe 10 und 11 antreiben, über ein Steuergerät angesteuert werden, die ihr Signal über eine Datenleitung oder kabellos von einem Steuerelement, beispielsweise einem Joystick, empfangen. In einem solchen Fall ist die Lenkzahnstange 6 nicht mit der Lenksäule 42 verbunden. Darüber hinaus kann das Lenksystem des Fahrzeuges an einer Automatik angeschlossen sein, die beispielsweise eine automatische Einparkhilfe des Fahrzeuges unterstützt.
-
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Vorderachse 1 näher beschrieben:
Im Falle der Lenkung eines Fahrzeuges nach links bewegt sich die Lenkzahnstange 6 und die mit der Lenkzahnstange 6 über Gelenkverbindungen 20 und 21 verbundenen Spurstangen 15 und 16 seitlich relativ zum Zahnstangengehäuse 8 nach rechts. Dabei wird der Spurstangenhebel 13 des linken Vorderrades nach rechts in Richtung des Zahnstangengehäuses 8 gezogen und der Spurstangenhebel 14 des rechten Vorderrades wird nach rechts vom Zahnstangengehäuse 8 wegführend gedrückt. Dabei wird der maximale Einschlagwinkel der Radträger 4 und 5 des Fahrzeuges durch den seitlich links vom Zahnstangengehäuse 10 auf oder an der Lenkzahnstange 6 liegenden Endanschlag definiert.
-
Während die Lenkzahnstange 6 nach rechts bewegt wird, wird die Zahnstange 7 durch die funktionelle Kopplung mit der Lenkzahnstange 6 nach links bewegt. Dieser Mechanismus erhöht den Laufradwinkel der inneren und der äußeren Räder. Zusätzlich wird der Abstand des kurveninneren Rades und der der Innenfläche eines montierten Fahrzeugreifens zum Fahrzeugaufbau bei Maximaleinschlag der Vorderräder 2 und 3 signifikant erhöht, da sich das Zentrum des kurveninneren linken Rades 2 und das des linken Fahrzeugreifens nach außen bewegt.
-
Im Falle der Lenkung eines Fahrzeuges nach rechts bewegt sich die Lenkzahnstange 6 und die mit der Lenkzahnstange 6 über Kugelgelenkverbindungen 20 und 21 verbundenen Spurstangen 15 und 16 seitlich relativ zum Zahnstangengehäuse 8 nach links. Dabei wird der Spurstangenhebel 14 des rechten Vorderrades nach links in Richtung des Zahnstangengehäuses 8 gezogen und der Spurstangenhebel 13 des linken Vorderrades wird nach links vom Zahnstangegehäuse 8 wegführend gedrückt. Der maximale Einschlagwinkel der Radträger 4 und 5 des Fahrzeuges wird durch den seitlich rechts vom Zahnstangengehäuse 8 auf oder an der Lenkzahnstange 6 liegenden Endanschlag definiert. Während die Lenkzahnstange 6 nach links bewegt wird, wird die Zahnstange 7 durch die funktionelle Kopplung mit der Lenkzahnstange 6 nach rechts bewegt. Dieser Mechanismus erhöht den Laufradwinkel der inneren und der äußeren Räder. Zusätzlich wird der Abstand des kurveninneren Rades und der der Innenfläche eines montierten Fahrzeugreifens zum Fahrzeugaufbau bei Maximaleinschlag der Vorderräder 2 und 3 signifikant erhöht, da sich das Zentrum des kurveninneren rechten Rades 3 und das des rechten Fahrzeugreifens nach außen bewegt.
-
Bezugszeichenliste
-
- A-A
- Rotationsachse der Vorderräder in Parallelstellung
- B-B
- Linie durch die Drehachse der Vorderräder
- 1
- Erfindungsgemäße Vorderachse
- 2
- Vorderrad (links in Fahrtrichtung)
- 3
- Vorderrad (rechts in Fahrtrichtung)
- 4
- Radträger für linkes Vorderrad
- 5
- Radträger für rechtes Vorderrad
- 6
- Lenkzahnstange
- 7
- Zahnstange
- 8
- Zahnstangengehäuse der Lenkzahnstange
- 9
- Zahnstangengehäuse der Zahnstange
- 10
- Zahnstangenlenkgetriebe der Lenkzahnstange
- 11
- Zahnstangenlenkgetriebe der Zahnstange
- 12
- Verbindungsstange
- 13
- Spurstangenhebel am linken Vorderrad
- 14
- Spurstangenhebel am rechten Vorderrad
- 15
- Spurstange zwischen linkem Spurstangenhebel und Lenkzahnstange
- 16
- Spurstange zwischen rechtem Spurstangenhebel und Lenkzahnstange
- 17
- Führungsstange zwischen linkem Radträger und Zahnstange
- 18
- Führungsstange zwischen rechtem Radträger und Zahnstange
- 19
- Hilfsrahmen
- 20
- Gelenkverbindung zwischen linker Spurstange und Lenkzahnstange
- 21
- Gelenkverbindung zwischen rechter Spurstange und Lenkzahnstange
- 22
- Gelenkverbindung zwischen linkem Spurstangenhebel und Spurstange
- 23
- Gelenkverbindung zwischen rechtem Spurstangenhebel und Spurstange
- 24
- Federbein
- 25
- Stoßdämpfer
- 26
- Gelenkverbindung zwischen linker Führungsstange und Zahnstange
- 27
- Gelenkverbindung zwischen rechter Führungsstange und Zahnstange
- 28
- Gelenkverbindung zwischen linkem Radträger und Führungsstange
- 29
- Gelenkverbindung zwischen rechtem Radträger und Führungsstange
- 30
- Aufhängungselement
- 31
- Aufhängungselement
- 32
- Aufhängungselement
- 33
- Aufhängungselement
- 34
- vordere linke Lagerbuchse des Hilfsrahmens
- 35
- vordere rechte Lagerbuchse des Hilfsrahmens
- 36
- hintere linke Lagerbuchse des Hilfsrahmens
- 37
- hintere rechte Lagerbuchse des Hilfsrahmens
- 38
- vorderes linkes Lenkerlager
- 39
- vorderes rechtes Lenkerlager
- 40
- hinteres linkes Lenkerlager
- 41
- hinteres rechtes Lenkerlager
- 42
- Lenksäule
- 43
- Zahnstangenlenkgetriebe zwischen Lenksäule und Lenkzahnstange
- 44
- Abschnitt der Lenksäule
- 45
- Abschnitt der Lenksäule
- 46
- Abschnitt der Lenksäule
- 47
- Gelenkverbindung zwischen Abschnitten der Lenksäule
- 48
- Gelenkverbindung zwischen Abschnitten der Lenksäule
- 49
- Lenkrad
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2006278446 A1 [0003]
- US 4630701 A [0004]
- GB 2001409 A [0005]
- WO 00/66908 A1 [0006]
- DE 2354905 A1 [0007]
