DE3840114A1 - Sturzkonstante radaufhaengung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine sturzkonstante Radauf­ hängung für gelenkte und ungelenkte Räder eines Kraftfahrzeugs.

Es sind sturzvariable Radaufhängungen an Kraftfahrzeugen bekannt, bei denen die Radachse an einem mit dem Chassis verbundenen Querlenker gelagert ist, und über ein leicht angewinkeltes Federbein mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Eine solche Anordnung im Stand der Technik ist schematisch in der Fig. 1 gezeigt. Die Anordnung bedingt bei Kurvenfahrt eine Schrägstellung des Rades, so daß sich die Auflagefläche des Reifens auf der Straße verkleinert und damit das Haftver­ mögen sinkt. Aus diesem Grunde sind bereits Federbeine mit sehr kurzen Federwegen eingesetzt worden, die wiederum den Nachteil einer unelastischen Federung haben und wegen man­ gelnden Komforts nicht in PKW′s eingesetzt werden. Insbesondere bei Sportwagen und Rennwagen ist eine vollständige Auflage des Reifens auf der Fahrbahn erforderlich. Schon ein geringer Sturz bedeutet in diesen Fahrzeugen eine Gefahr für die Reifenstabilität und die Sicherheit des Fahrzeugs.

Ferner beschreibt die Radachse einer solchen Radaufhängung auch beim Einfedern einen Bogen, d.h. hat veränderbaren Sturz, der zu einem erhöhten Abrieb führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine sturzkon­ stante Radaufhängung, die eine gleichmäßige Reifenauflage bei Kurvenfahrten und beim Einfedern schafft.

Erfindungsgemäß wird eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge mit einer Federung zwischen Radachse und Chassis angegeben, die durch eine an dem Chassis befestigte Buchse, eine an der Radachse befestigte Säule, und einen dazwischen angeordneten Kugelkäfig gekennzeichnet ist, der die Buchse und die Säule gegeneinander axial verschieblich und drehbar lagert. Die erfindungsgemäße Radaufhängung ermöglicht eine einfache Schwenkbarkeit des Rades in Verbindung mit seiner vertikalen Federung. Sie ist für ungelenkte und gelenkte Räder gleicher­ maßen verwendbar, da sie eine Einzelaufhängung darstellt und ohne ein zusätzliches Lager die Lenkbarkeit des Rades gewähr­ leistet. Bei dieser Radaufhängung ist das Rad um bis zu 90° schwenkbar gegenüber der Fahrzeugachse. Außer der Sturzkonstanz liefert die erfindungsgemäße Radaufhängung auch eine spurkon­ stante und radstandkonstante Lagerung des Rades. Die Kombina­ tion dieser Vorteile ist im Stand der Technik unbekannt.

Aufgrund der Sturzkonstanz und der dadurch gleichbleibenden Auflage der Reifen auf dem Untergrund, wird eine bessere Straßenlage und ein besseres Haftvermögen auf dem Untergrund erreicht. Dies wiederum führt zu geringerem Reifenverschleiß. Mit der erfindungsgemäßen Radaufhängung sind Reifen ohne Walkwulst verwendbar. Derartige Reifen können einen praktisch rechteckigen Reifenquerschnitt aufweisen. Es ist möglich, Reifen mit extrem kleinem Querschnitt einzusetzen bzw. den Felgendurchmesser zu vergrößern. Im Unterschied zu herkomm­ lichen Reifen sind die Walkeigenschaften nicht mehr erforder­ lich. Derartige Reifen haben gegenüber dem Stand der Technik bessere Seitenführungseigenschaften und eine hohe Lebens­ dauer.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Buchse dazu eingerichtet, den Kugelkäfig und die Säule auf­ zunehmen. Bei dieser Anordnung ist der größte Teil der Masse unbeweglich mit dem Chassis verbunden, während ein kleiner Teil die Längsbewegung und Drehbewegung des Rades mitmacht. Wenn die Säule hohl ausgeführt ist, kann sie Platz zur Aufnahme der Federung bieten, die somit platzsparend untergebracht ist. Die Säule kann aber auch in der Federung integriert sein, so daß ein separates Teil eingespart wird und eine zusätzliche Befestigung der Federung in der Säule entfällt. Eine zumindest über die axiale Länge der Buchse erstreckte Federung bietet den Vorteil eines großen Federweges.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Säule massiv ausgestaltet. Die Federung sitzt dann bevorzugt auf der massiven Säule auf oder ist mit der Säule axial verbunden.

Als Federung ist ein herkömmliches Federbein bevorzugt, das aus einer Feder und einer Hydraulikdämpfung besteht. Die Buchse, die Säule, der Kugelkäfig und das Federbein sind bevorzugt in einem Bauteil integriert. Dies schafft eine leichte Auswechselbarkeit des Bauteils im Falle eines Defek­ tes. Ferner sind bevorzugt an beiden Enden der Buchse Dicht­ manschetten zum Verschluß vorgesehen, die die Buchse staub­ dicht abschließen. Dabei ist der Innenraum der Buchse mit einem Schmiermittel für den Kugelkäfig gefüllt. Diese Maß­ nahme ist vorteilhaft, um die Rollbewegung der Kugeln durch einen Schmierfilm zu erleichtern, so daß weniger Wärme entsteht und der Verschleiß verringert ist. Das Bandteil weist bevorzugt ein Winkelstück auf, mit dessen einer Strebe die Buchse und mit dessen anderer Strebe das Federbein verbunden ist. Die Gestaltung macht das Bauteil extrem kompakt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist an der Säule ein Tellerrad befestigt, das mit zwei Kegelrädern kämmt, welche auf der Radwelle bzw. der Antriebswelle befestigt sind. Auf diese Weise ist neben der Lenkbarkeit und Federung des Rades auch sein Antrieb möglich. Das Rad wird über ein Tellerrad/Kegelrad-Getriebe angetrieben, wodurch jedes Rad um bis zum 180° schwenkbar ist, bzw. bis zu 90° links und rechts von der Fahrzeugachse. Eine Stellbarkeit der Räder im rechten Winkel zur Fahrzeugachse ermöglicht im Straßenverkehr ein senkrechtes Einparken, wenn zumindest ein Vorderrad und ein Hinterrad mit diesem Getriebe ausgerüstet sind. Insbesondere kann ein solches Getriebe als Differentialgetriebe ausgelegt werden, und dadurch ein bisher übliches zentrales Differential­ getriebe entfallen. Wenn man das aus Säule, Buchse, Federbein und Kugelkäfig bestehende Bauteil zusätzlich um ein Kegel­ rad/Tellerrad-Getriebe erweitert, entsteht eine Baueinheit, die die Federung, Lenkung und den Antrieb für das Rad zugleich darstellt. Eine solche Baueinheit kann mit wenigen Handgriffen vom Fahrzeug demontiert und ausgetauscht werden. Bislang sind drei großdimensionierte Differentialgetriebe im Kraftfahrzeug bei Vierradantrieb erforderlich. Die Baueinheit kann ohne großen Aufwand als Differentialgetriebe ausgelegt werden, das aber sehr viel kleiner ausgelegt wird, da es jeweils nur auf ein Rad wirkt.

Es ist bevorzugt, die Stärke der Federung/Dämpfung des Feder­ beins elektronisch regelbar zu machen. Dadurch kann auch in Kurvenfahrten für eine gleichmäßige Auflage der Reifen gesorgt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Bereich der Räder ein Kleinmotor befestigt, der ein Zahnrad aufweist. Ferner ist auf der Antriebswelle eine Verzahnung vorgesehen, die zum Eingriff in das Zahnrad bestimmt ist. Mit einer solchen Anordnung ist ebenfalls ein Antrieb des Rades in einer Stellung von 90° gegenüber der Fahrzeugachse möglich. Die Anordnung kann so eingerichtet werden, daß bei stehendem Kraftfahrzeug auf Knopfdruck eine elektronische Lenksperre gelöst wird, die im Fahrbetrieb ein Lenkspiel von mehr als ca. 120° verhindert. Nach Lösen der Lenksperre sind die Räder um jeweils mindestens 90° zur Fahrzeugachse schwenk­ bar. Da der Kleinmotor anstelle des gewöhnlichen Antriebs fungiert, müssen die Antriebswellen über Steckkupplungen ausgerückt werden. Nun kann der Kleinmotor, der bevorzugt einen Hydraulikantrieb hat, mit seinem Zahnrad an die Verzah­ nung geführt werden und in diese eingreifen. Auf diese Weise kann das Fahrzeug in die Parklücke gefahren werden. Nach Ausfahren des Kraftfahrzeugs aus der Parklücke werden durch Knopfdruck die Räder zurückgedreht und die Antriebswellen für den normalen Antrieb eingerückt. Es ist für die beiden Vorder­ räder und die beiden Hinterräder jeweils ein Kleinmotor erforderlich.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt eine Radaufhängung im Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt eine Skizze der erfindungsgemäßen Radauf­ hängung im Querschnitt.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einem Kegelrad/Tellerrad-Getriebe.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einem Kleinmotor.

Die Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Ausführungsform einer Radaufhängung. Es ist eine Querträger 1 eines Kraftfahrzeuges gezeigt, auf dem ein Gummimetall-Lager 2 zur Abstützung eines nicht gezeigten Triebwerkes zu sehen ist. Am Querträger 1 ist ein Querlenker 3 angelenkt, der einen Achsschenkel 4 schwenkbar lagert. Dieser Achsschenkel 4 hat eine Radachse 5, auf der in üblicherweise ein Vorderrad 6 gelagert ist. Am Achsschenkel 4 ist ein Dämpferrohr 7 eines Federbeines 8 starr befestigt. Nach oben hin ragt aus dem Dämpferrohr eine Kolbenstange 9 heraus, die mittels eines Festlagers 10 mit dem Fahrzeugauf­ bau 11 drehbar, jedoch axial unverschieblich verbunden ist.

Fig. 2 zeigt eine Skizze der erfindungsgemäßen Radaufhängung. Die Radaufhängung ist am Chassis bzw. Fahrzeugträger 14 mittels eines Halters 12 angeschraubt. Der Halter 12 ist ein Winkel­ stück. An seiner einen Strebe ist die Kolbenstange 22 des Federbeins 20 durch ein Festlager 13 gelagert. An seiner anderen Strebe ist ein Stahlzylinder 17 befestigt, der als Buchse der Radaufhängung dient. In der Buchse 17 ist ein zweiter Stahlzylinder 16 eingebracht, der als Säule der Radaufhängung dient. Zwischen Säule 16 und Buchse 17 ist ein Kugelkäfig 18 angeordnet, der zusammen mit der Säule 16 axial verschieblich und drehbar ist. Der Kugelkäfig ist gleichfalls ein Metallzylinder, der jeweils axial versetzte Gruppen von beabstandeten zylindrischen Ausnehmungen aufweist, die zur verliersicheren Aufnahme einer Vielzahl von Kugeln bestimmt sind. Das Federbein 20 befindet sich innerhalb der Säule 16, ist aber in dieser Ausführungsform in diese integriert. Das Federbein 20 weist eine Kolbenstange 22, eine Feder 21 und einen Dämpferkörper auf. Am Ende der Säule 16 ist die Radachse 23 starr befestigt. Bei einer axialen Verschiebung bzw. Drehung der Säule bewegt sich der Kugelkäfig mit einer geringeren Geschwindigkeit als die Säule, wie es durch den Durchmesser der Kugeln bestimmt ist.

In den Fig. 3 und 4 sind zwei Ausführungsformen der Erfin­ dung angegeben, die sich mit dem Antrieb des Rades beschäfti­ gen. In beiden Ausführungsformen ist wiederum eine Säule 16 und eine Buchse 17 gezeigt, die durch einen zwischengelagerten Kugelkäfig gegeneinander axial verschieblich und drehbar sind. In der Ausführungsform der Fig. 3 ist am unteren Ende der Säule 16 ein Tellerrad 32 befestigt, ggf. über ein Kugel­ lager 33. Das Tellerrad 32 kämmt einerseits mit einem an der Radwelle 34 befestigten Kegelrad 31 und andererseits mit einem an der Antriebswelle 37 befestigten Kegelrad. Durch diese Anordnung sind Radwelle und Antriebswelle gegeneinander beliebig schwenkbar. Bevorzugt ist ein weiteres Tellerrad unterhalb des ersten Tellerrades vorgesehen und von diesem durch Kugellager 32 getrennt. Die Kugellager sorgen dafür, daß die beiden Tellerräder gegeneinander getrennt beweglich sind. Bei der Schwenkbewegung bleibt das an der Antriebswelle 37 befestigte Kegelrad 31 ortsfest, während das an der Radwelle 34 befestigte Kegelrad entlang der Peripherie der beiden Tellerräder wandert. Der Ringraum, in dem der Kugelkäfig 18 an­ geordnet ist, ist nach unten durch einen Simmerring 29 ab­ geschlossen. Der Ringraum ist bis zur Hälfte mit Öl gefüllt. Zusätzlich sind an beiden Enden des Ringraumes Dichtmanschetten zum Staubschutz montierbar. In dieser Ausführungsform ist ferner nur die Kolbenstange 22 mit umlaufender Feder zu sehen. Das Dämpferrohr ist nicht gezeigt.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform zeigt einen rechtwink­ ligen Halter 12, der an dem Fahrzeugchassis 14 angeschraubt ist. An dem Halter 12 ist die Buchse 17 starr befestigt, in welcher der Kugelkäfig 18 gleitet. Innerhalb des Kugelkäfigs 18 gleitet die Säule 16, die mit der Radachse 23 verbunden ist. Innerhalb der Radachse 23 ist die Radwelle 34 geführt, die mit der Felge verbunden ist. Im Bereich des Rades bzw. der Felge ist ein Hydraulikmotor 25 auf einer nicht gezeigten Schwinge befestigt. Der Motor wird durch Öldruckleitungen betätigt. Ein Hydraulikmotor ist gegenüber einem Elektromotor bevorzugt, da er bei gleicher Größe eine höhere Leistung hat. Der Motor und seine Schwinge sind mit der Radachse verbunden, aber beweglich geführt. Der Hydraulikmotor 25 hat ein Getriebe 26, an dessen Ausgang ein Zahnrad 27 sitzt. Die Radwelle 34 hat im Bereich des Zahnrades 27 eine Verzahnung 28, die zum Eingriff in das Zahnrad 27 bestimmt ist. Ferner ist eine Entriegelung der nicht gezeigten Antriebswelle von der Radwelle 34 eingerichtet, so daß das Rad durch den Hydraulikmotor 25 unabhängig gedreht werden kann. Zur Versteifung und Befestigung der Radaufhängung ist zwischen oberem Ende der Säule und der an dem unteren Ende der Säule befestigten Radachse eine Stütze 24 verbindend vorgesehen.

Claims (18)

1. Radaufhängung für Fahrzeuge, mit einer Federung zwischen Radachse und Chassis des Fahrzeuges, gekennzeichnet durch eine an dem Chassis befestigte Buchse, eine an der Radachse befestigte Säule, und einen dazwischen an­ geordneten Kugelkäfig, der die Buchse und die Säule gegeneinander axial verschieblich und drehbar lagert.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse dazu eingerichtet ist, den Kugelkäfig und die Säule aufzunehmen.

3. Radaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Säule hohl ist.

4. Radaufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule massiv ist.

5. Radaufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Federung in der Säule befindet, und mit dem Chassis verbunden ist.

6. Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federung in der Säule integriert ist.

7. Radaufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federung auf der massiven Säule aufsitzt.

8. Radaufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federung mit der massiven Säule axial verbunden ist.

9. Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federung ein Federbein ist.

10. Radaufhängung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse, die Säule, der Kugelkäfig und das Federbein in einem Bauteil integriert sind.

11. Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse an ihren beiden Enden durch je eine Dichtmanschette verschlossen ist, wobei der Innenraum der Buchse mit einem Schmiermittel für den Kugelkäfig gefüllt ist.

12. Radaufhängung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Bauteil luftdicht gekapselt ist.

13. Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Säule ein Tellerrad befestigt ist, das mit zwei Kegelrädern kämmt, welche auf der Radwelle bzw. der Antriebswelle befestigt sind.

14. Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Säule zwei Tellerräder befestigt sind, zwischen denen einerseits ein an der Antriebswelle befestigtes Kegelrad und andererseits ein an der Radwelle befestigtes Kegelrad kämmen.

15. Radaufhängung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Federung/Dämpfung des Federbeins elektronisch regelbar ist.

16. Radaufhängung nach Anspruch 10 und 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tellerräder, die Kegelräder und das Bauteil in einem Gehäuse integriert sind.

17. Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Rades ein Kleinmotor befestigt ist, der ein Zahnrad aufweist, und daß auf der Antriebswelle eine Verzahnung vorgesehen ist, die zum Eingriff in das Zahnrad bestimmt ist.

18. Radaufhängung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil ein Winkelstück zur Verbindung mit dem Chassis aufweist, mit dessen einer Strebe die Buchse und mit dessen anderer Strebe das Federbein verbunden ist.