-
Diese Erfindung betrifft Kraftfahrzeugaufhängungen. Im besonderen
betrifft sie eine Aufhängungsvorrichtung für einen lenkbaren
Vorderradsatz eines Nutzfahrzeugs.
-
Auf dem Gebiet von mittleren und schweren Nutzfahrzeugen besitzen die
Vorderräder herkömmlich starre Achsaufhängungssysteme im Gegensatz zu
leichten Fahrzeugen (PKWs), bei denen das bisher allgemein verwendete
System aus unabhängigen Aufhängungen besteht. Der Grund dafür, warum
der letztgenannte Aufbau bei leichten Fahrzeugen allmählich
eingeführt wurde, besteht in der Tatsache, daß er im Vergleich zu starren
Achsaufhängungen viele Vorteile bietet, die wie folgt zusammengefaßt
werden können:
-
- die Räder bewegen sich unabhängiger, wodurch der Fahrkomfort
verbessert wird,
-
- die ungefederten Massen werden verkleinert, wodurch sowohl der
Komfort als auch die Straßenlage verbessert werden,
-
- der Federweg des Rads ist größer, wodurch das Federungsvermögen der
elastischen Elemente vergrößert werden kann,
-
- das Kreiselmoment wird nicht auf das Lenksystem übertragen,
-
- die charakteristischen Stellungswinkel der Räder werden durch
Betriebszustände weniger beeinflußt, wobei dies zu einer größeren
Stabilität in der Bewegung führt,
-
- die Aufhängung besitzt eine größere Rollsteifigkeit, so daß die
Steifigkeit von irgendwelchen Stabilisatoren vermindert werden kann.
-
Andererseits sind bekannte unabhängige Aufhängungen teurer als starre
Achsaufbauten, wobei sie für eine Anwendung bei mittleren und
schweren Fahrzeugen ungeeignet sind, die ein Chassis besitzen, das von
länglichen Seitenelementen gebildet wird, die herkömmlich einen
kanalförmigen Querschnitt aufweisen.
-
Dies ist deshalb wesentlich, da bei unabhängigen Aufhängungen der
Achsschenkel des lenkbaren Vorderrads seitlichen Kräften unterworfen
ist, die auch bei einer Geradeausfahrt der Last proportional sind. Da
diese Kräfte auf das Chassis oder auf ein am Chassis befestigtes
Querelement abgeleitet werden müssen, folgt, daß:
-
- das Chassis diesen Kräften nur dadurch standhalten kann, daß es
großen Verformungen unterworfen wird, die unter anderem beträchtliche
Änderungen im Radsturz mit sich bringen können,
-
- um die notwendige Steifigkeit zu erzielen, das Querelement äußerst
stark sein muß, wodurch es schwer und teuer wird.
-
Die deutsche Patentschrift DE-A-41 26 128 offenbart ein
Aufhängungssystem mit einem unteren und oberen Querarm (24, 26), die die Räder
mit dem Aufhängungschassis (12) des Fahrzeugs verbinden, sowie einer
einzigen querliegenden Blattfeder (28), deren Enden an
Verbindungsstangen (32) angebracht sind, mit denen die Räder befestigt sind, um
eine gefederte Aufhängung zu liefern. Das Aufhängungssystem von DE-A-
41 26 128 besitzt einen eher komplexen Aufbau, wobei es besonders auf
die Aufhängung eines unlenkbaren Hinterrads gerichtet ist. Es ist
nicht an die Vorderradaufhängung von Nutzfahrzeugen angepaßt, wie
dies bei dieser Erfindung der Fall ist.
-
Gegenstand dieser Erfindung ist es, einen Aufhängungsaufbau zu
liefern, der die Vorteile von unabhängigen Aufhängungen besitzt, wobei
er jedoch für die Anwendung bei mittleren und schweren Nutzfahrzeugen
geeignet ist, wobei er gleichzeitig die Kostensteigerung im Vergleich
zu starren Achsaufbauten begrenzt.
-
Erfindungsgemäß wird dieser Gegenstand durch den Oberbegriff von
Anspruch 1 erreicht.
-
Eine Aufhängungsvorrichtung für einen lenkbaren Vorderradsatz eines
Nutzfahrzeugs, das ein Chassis besitzt, das zwei längliche
Seitenelemente aufweist, wobei jedes Rad einen Achsschenkel besitzt, enthält
in Kombination:
-
- einen oberen und unteren Querarm, die den Achsschenkel eines jeden
Rads schwenkbar mit einem entsprechenden Seitenelement des
Fahrzeugchassis verbinden,
-
- eine einzige querliegende Blattfeder, die mit einem oder mehreren
Blättern aufgebaut ist, die zwischen den Rädem im wesentlichen auf
dem Niveau der unteren Querarme angeordnet sind,
-
- ein Paar von Verbindungsstangen, die die Enden der Blattfeder mit
den oberen Querarmen der beiden Räder verbinden, und
-
- eine Federeinrichtung, um die Blattfeder mit jedem Seitenelement
des Fahrzeugchassis in der Nähe der Enden der Blattfeder zu
verbinden,
wobei der obere und untere Querarm, die einzige querliegende
Blattfeder sowie das Paar von Verbindungsstangen im wesentlichen in
der gleichen Vertikal- und Querebene angeordnet sind.
-
Herkömmlich sind die beiden Verbindungsstangen so geneigt, daß jene
Seitenkräfte, die unter verschiedenen Lastzuständen auf die
Befestigungselemente wirken, die die oberen Querarme mit den Seitenelementen
des Chassis verbinden, minimiert werden, da die Seitenkräfte auf die
oberen Verbindungen der Achsschenkel durch die Querkomponenten jener
Kräfte ausgeglichen werden, die längs der Verbindungsstangen durch
die Blattfeder übertragen werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die
elastische Verbindungseinrichtung für die Blattfeder herkömmlich eine
Halterung auf, die unterhalb eines jeden Seitenelements vorspringt
und ein Paar von gegenüberliegenden elastischen Blöcken trägt,
zwischen denen die Blattfeder verläuft.
-
Die unteren Halterungen sind vorzugsweise über ein Querelement
miteinander verbunden.
-
Weiters können die unteren Querarme in den Halterungen gelenkig
gelagert sein, wobei die oberen Querarme in entsprechenden
Befestigungselementen gelenkig gelagert sind, die an den Halterungen an den
Seiten der beiden Seitenelemente befestigt sind.
-
Mit diesem Aufbau kann die Aufhängungsvorrichtung gemäß der Erfindung
Seitenkräften entgegenwirken, die auf die oberen Verbindungen der
Achsschenkel der beiden lenkbaren Räder unter einem Lastzustand
wirken, vorzugsweise unter einer ruhenden Last.
-
Die Gegenwirkung kann unter anderen Betriebszuständen nicht perfekt
sein, wobei jedoch die Restkraft, die nicht ausgeglichen wurde, in
jedem Fall so groß ist, daß die Seitenelemente des Fahrzeugschassis
ohne merkbare seitliche Biegungen widerstehen können.
-
Die Aufhängung gemäß der Erfindung besitzt alle Vorteile von
unabhängigen Aufhängungen mit Ausnahme einer vollkommen unabhängigen
Bewegung
der beiden Räder. Durch das Vorhandensein der querliegenden
Blattfeder handelt es sich daher um eine halbunabhängige Lösung. Die
Aufhängung ist durch eine noch größere Rollsteifigkeit als bei
unabhängigen Aufhängungen gekennzeichnet. Durch die größere Steifigkeit
der querliegenden Blattfeder, die eingespannt ist, um eine
"S"-förmige elastische Deformationskurve anzunehmen, kann der Stabilisatorstab
entfernt oder wenigstens in seiner Größe drastisch verkleinert
werden.
-
Da die Vorderräder eines Nutzfahrzeugs nie übermäßig überlastet sind,
kann die Blattfeder aus einem Verbundwerkstoff hergestellt werden,
wobei dies hinsichtlich einer Herabsetzung der Gesamtmasse (nicht nur
der ungefederten Masse) von Vorteil ist, ohne daß jene Nachteile
auftreten, die mit der exzessiven seitlichen Flexibilität verbunden
sind, die bei Blattfedern aus Verbundwerkstoffen typisch ist (die
Bewegungen der Räder werden von den Querarmen geführt).
-
Ein weiterer Vorteil der Lösung gemäß der Erfindung liegt in der
Tatsache, daß das gesamte Vordergestell außerhalb der Fertigungsstrecke
zusammengebaut und in einem Stück auf das Chassis gesetzt werden
kann, das bereits einjustiert ist.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nun
folgenden ausführlichen Beschreibung eines nichteinschränkenden
Beispiels und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen
ersichtlich, in denen zeigt:
-
Fig.1 die vereinfachte, teilweise geschnittene Vordersicht eines
Teils einer Aufhängungsvorrichtung für Nutzfahrzeuge gemäß der
Erfindung;
-
Fig.2 den Grundriß entlang der Achse II - II von Fig.1;
-
Fig.3 den Schnitt entlang der Achse III - III von Fig.1; und
-
Fig.4 den Schnitt entlang der Achse IV - IV von Fig.1.
-
In den Zeichnungen ist die Übersetzungseinrichtung gemäß der
Erfindung
im Zusammenhang mit nur einem lenkbaren Vorderrad R eines
Nutzfahrzeugs dargestellt, das ein Chassis besitzt, das auf herkömmliche
Art längliche Seitenelemente L mit einem kanalförmigen Querschnitt
aufweist. Der Aufbau des anderen lenkbaren Vorderrads entspricht
spiegelbildlich dem gezeigten Aufbau, womit sich die folgende
Beschreibung ident auf beide Räder bezieht.
-
Das Rad R ist auf herkömmliche Art auf einem Achsschenkel montiert,
der allgemein mit der Bezugsziffer 1 versehen ist, wobei er einen
Lenkarm (nicht dargestellt) für die Verbindung mit einer
Lenkeinrichtung (gleichfalls nicht dargestellt) besitzt, beispielsweise einer
Zahnstange, wie dies bekannt ist.
-
Die Enden des Achsschenkels 1 tragen ein oberes und unteres
Kugelgelenk 2 und 3, mit denen ein Ende eines oberen querliegenden
Schwenkarms 4 bzw. ein Ende eines unteren querliegenden Schwenkarms 5
gelenkig verbunden sind.
-
Das andere Ende des oberen Querarms 4 ist in einem Längszapfen 6
gelenkig gelagert, der von einem gabelförmigen Befestigungselement 20
gehalten wird, das an der Außenseite des Seitenelements L starr
befestigt ist, wie dies später erläutert wird. Andererseits kann der
obere Arm 4 die Form einer Gabel mit zwei Armen besitzen, die in
entsprechenden gegabelten Befestigungselementen gelenkig gelagert sind,
die gleichfalls an der Außenseite des Seitenelements L befestigt und
in Längsrichtung beabstandet sind.
-
Der untere Querarm 5 besitzt die Form einer Gabel mit zwei Armen 5a,
5b, von denen jene Enden, die am weitesten vom Kugelgelenk 3 entfernt
liegen, über entsprechende Längszapfen 7 in einer Halterung 8, die
unterhalb des Seitenelements L vorspringt und daran starr befestigt
ist, oder in der Halterung 8 und einer weiteren Halterung (nicht
dargestellt) gelenkig gelagert sind, die beide unterhalb des
Seitenelements vorspringen und an diesem starr befestigt sind. Die Befestigung
erfolgt herkömmlich mit den gleichen Elementen (Schrauben oder
ähnlichem), die dazu verwendet werden, um das Befestigungselement 20
anzubringen.
-
Das obere Ende eines Teleskopstoßdämpfers, der mit der Bezugsziffer
11 versehen ist, ist in einem Längszapfen 9 gelenkig gelagert, der
auf dem Befestigungselement 20 oberhalb des Zapfens 6 sitzt, wobei
sein unteres Ende in einem Längszapfen 10 gelenkig gelagert ist, den
der untere Querarm 5 trägt.
-
Das elastische Aufhängungselement wird von einer einzigen Blattfeder
12 gebildet, die aus einem oder mehreren Blättern beispielsweise aus
einem Verbundwerkstoff aufgebaut ist, wobei sie zwischen den beiden
Rädem R im wesentlichen auf dem Niveau der unteren Querarme 5 und im
wesentlichen quer verläuft. Jedes Ende 12a der Blattfeder 12 ist mit
dem oberen Querarm 4 des entsprechenden Rads R über eine
entsprechende Verbindungsstange 13 verbunden.
-
Das obere Ende einer jeden Verbindungsstange 13, die unter ruhenden
Lastzuständen der Aufhängung, die in den Zeichnungen dargestellt
sind, zur Vertikalen geneigt sind und nach unten auseinander laufen,
ist in einem Längszwischenzapfen 14 gelenkig gelagert, der vom
entsprechenden oberen Querarm 4 getragen wird, wobei ihr unteres Ende in
einem Längszapfen 15 gelenkig gelagert ist, der von einer
Endbefestigung 16 getragen wird, die am entsprechenden Ende 12a der Blattfeder
12 befestigt ist.
-
Die Blattfeder 12 ist nahe ihrer Enden 12a mit dem entsprechenden
Seitenelement L über eine elastische Befestigung 16 verbunden, die an
der entsprechenden Halterung 8 neben den Gelenkszapfen 7 des unteren
Querarms 5 befestigt ist. Wie dies Fig.3 ausführlicher zeigt, weist
die Befestigung 16 ein Gehäuseelement 17 auf, an dem zwei
gegenüberliegende elastische Blöcke 18 befestigt sind, wobei die Blattfeder 12
zwischen den Blöcken 18 verläuft.
-
Ein Querelement, das mit der Bezugsziffer 19 versehen ist, verbindet
die beiden den Rädem R zugeordneten Halterungen 8, wobei es im
wesentlichen einfach dazu dient, um die Zahnstangenführung der
Lenkeinheit zu befestigen.
-
Mit dem oben beschriebenen Aufbau ermöglicht die
Aufhängungsvorrichtung gemäß der Erfindung eine teilweise unabhängige Bewegung der
beiden
Räder R, wobei eine bessere Rollsteifigkeit als bei einer
unabhängigen Aufhängung sichergestellt wird. Dies stammt im wesentlichen
daher, daß die querliegende Blattfeder 12 "S"-förmige elastische
Deformationskurven annehmen kann, da sie so befestigt ist, wie dies
oben beschrieben wurde. Die schräge Anordnung der beiden
Verbindungsstangen 13 ermöglicht, daß den seitlichen Kräften, die auf die
Achsschenkel 1 der Räder R wirken, unter ruhenden Lastzuständen sowie in
den meisten Betriebszuständen entgegengewirkt werden kann.
-
Die auf das Fahrzeugchassis wirkenden seitlichen Lasten werden daher
vermindert, so daß die Seitenelemente L nicht überdimensioniert
werden müssen.
-
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Aufhängung
und das gesamte Vordergestell des Fahrzeugs außerhalb der
Fertigungsstrecke vormontiert und dann auf dem Fahrzeugchassis in einem Stück
angebracht werden können, das bereits einjustiert ist. Dazu können
die Bauteile der Aufhängung (die Querarme 4 und 5 mit den
Befestigungselementen 17, die Blattfeder 12, die Verbindungsstangen 13 und
die Stoßdämpfer 11) und die Räder R zusammen mit dem Lenksystem im
voraus mit den Halterungen 8 verbunden werden, wobei die Halterungen
dann an den beiden Seitenelementen L befestigt werden.