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Die Erfindung betrifft eine Einzelradaufhängung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Bei herkömmlichen Radaufhängungen sind Dämpfer und Fahrwerksfeder in vielen Fällen nahezu senkrecht zu einem Radträger angeordnet. Beispielsweise sind gemäß der
DE 10 2012 216 822 A1 in einer solchen Anordnung Fahrwerksfeder und Dämpfer in einem Federbein integriert.
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Durch eine horizontale Anordnung eines Dämpfers oder eines Federbeins sollen nach der
DE 42 03 057 A1 einerseits nachteilige Bewegungen des Dämpfers oder des Federbeins quer zur Längsachse verhindert, eine hohe Dämpferübersetzung ermöglicht und nachteilige Längskräfte im aufbauseitigen Lager des Radführungsgliedes minimiert werden.
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Bekannte Radaufhängungen schränken jedoch aufgrund ihres ungünstigen Platzbedarfs das Package und das Design eines Fahrzeuges stark ein, insbesondere bei Kraftfahrzeugen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einzelradaufhängung für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, welche gegenüber dem genannten Stand der Technik in ihrer Bauweise nur einen verhältnismäßig geringen Platz für den Einbau in ein Fahrzeug benötigt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einzelradaufhängung eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Einzelradaufhängung eines Fahrzeuges umfasst einen Gewindetrieb. Ein solcher Gewindetrieb ist aus mindestens zwei Bauteilen zusammengesetzt, welche miteinander zusammenwirken schraubenförmige Konturen aufweisen. Der Gewindetrieb der vorgeschlagenen Einzelradaufhängung weist eine Gewindespindel mit einem Innengewinde oder einem Außengewinde und eine Spindelmutter auf. Die Spindelmutter weist dementsprechend ein Außengewinde beziehungsweise ein Innengewinde auf. Die Gewindespindel ist in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet und für eine starre Verbindung mit einem Längslenker des Fahrwerks des Fahrzeuges vorgesehen. Eine starre Verbindung der Gewindespindel mit einem Längslenker ist kraft- oder formschlüssig oder einstückig ausführbar.
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Die Anbindung der Einzelradaufhängung an die Karosserie oder einen Rahmen des Fahrzeuges erfolgt durch mindestens ein Lagerelement, in welchem die Gewindespindel oder der Fahrwerkslenker gelagert ist. Das Fahrwerk stellt über mindestens ein Rad die Verbindung des Fahrzeuges zur Fahrbahn her. Die Einzelradaufhängung ist sowohl für die Vorderachse als auch für die Hinterachse eines Fahrzeuges vorgesehen.
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Wirkt eine Stoßkraft auf das Rad, so wird diese durch eine Schwenkbewegung des Längslenkers auf die Gewindespindel übertragen. Hierbei führt die Gewindespindel eine Rotationsbewegung um ihre Achse aus, welche in eine Linearbewegung der Spindelmutter umgesetzt wird, wobei die Spindelmutter gegen eine Axialkraft verschiebbar ist. Die Spindelmutter der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung ist gegen Verdrehung gesichert.
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Die Axialkraft, gegen die die Spindelmutter verschoben wird, ist in ihrer einfachsten Form durch Reibungskräfte innerhalb des Gewindetriebes einschließlich der Verdrehsicherung begründet. Diese Reibungskräfte lassen sich erhöhen, indem das Gewinde der Gewindespindel mit einer hohen Steigung zur Erhöhung des Verschiebeweges oder alternativ oder zusätzlich als ein mehrgängiges Gewinde ausgebildet wird.
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In Weiterbildungen der vorgeschlagenen Einzelradaufhängung ist die Wirkung der Reibungskraft mit mindestens einer zusätzlichen Federung oder mindestens einer zusätzlichen Dämpfung oder einer Kombination aus Federung und Dämpfung verstärkt. In ihren verschiedenen Weiterbildungen setzt sich die der Spindelmutter entgegenwirkende Axialkraft aus Reibungskraft und zusätzlich gleichen oder verschiedenen Einzelbeiträgen aus Federung und Dämpfung zusammen.
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Nachfolgend wird auf Weiterbildungen der vorgeschlagenen Einzelradaufhängung durch zusätzliche Federung eingegangen.
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Schon bei einer einfachen, einseitigen Anfederung der Spindelmutter wird das Rad durch eine Axialkraft beim Ausfedern in seine ursprüngliche Ausgangsposition zurückgestellt. Dies kann durch viele bekannte Federtypen realisiert werden. Bezüglich Robustheit, geringem Federweg und Verschleißfestigkeit hat sich für die Anfederung eine Anordnung von einer oder insbesondere von mehreren Tellerfedern als Tellerfederpaket als besonders vorteilhaft erwiesen. Tellerfedern besitzen gegenüber anderen Federtypen auch den Vorteil, dass diese eine progressive Federkennlinie mit großer Kraftwirkung, eine hohe Zähigkeit und hohe Festigkeit aufweisen. Durch ein Tellerfederpaket wird besonders vorteilhaft auch zusätzlich eine Dämpfung bewirkt.
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Wird die Spindelmutter darüber hinaus beidseitig, das heißt in entgegengesetzten Richtungen, durch Federkräfte belastet, so wird das Rad sowohl beim Ein- als auch beim Ausfedern in seine ursprüngliche Ausgangsposition zurückgestellt. Eine Ausscherung des Rades durch eine Erhöhung oder Vertiefung auf der Fahrbahn wird mit dieser Anordnung gleichermaßen effizient abgefedert, insbesondere dann, wenn der mit der Gewindespindel verbundene Längslenker in seiner Normalposition, das heißt Ausgangsposition horizontal und damit parallel zur Fahrzeugebene angeordnet ist, wobei die Fahrzeugebene ebenfalls parallel zur Fahrbahnebene verläuft.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Einzelradaufhängung ist die die Spindelmutter belastende Federanordnung in einem Montagerahmen abgestützt. In einem gemeinsamen Montagerahmen ist auch eine beidseitige Anfederung der Spindelmutter in entgegengesetzter Richtung besonders einfach ausführbar. In einer weiteren Ausgestaltung der vorgeschlagenen Einzelradaufhängung ist in dem Montagerahmen nicht nur mindestens eine Federanordnung abgestützt, sondern auch die Gewindespindel schwenkbar gelagert.
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In einer Weiterbildung der vorherigen Ausführungen der Einzelradaufhängung ist die Verdrehsicherung der Spindelmutter um die Längsachse der Gewindespindel verschwenkbar gestaltet. Somit ist auf einfache Weise ein Wankausgleich oder eine Niveauverstellung realisierbar.
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Nachfolgend wird auf Weiterbildungen der vorgeschlagenen Einzelradaufhängung durch zusätzliche Dämpfung eingegangen.
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In einer weiterführenden Ausgestaltung ist die vorgeschlagene Einzelradaufhängung zusätzlich mit einem Dämpfer versehen, welcher zwei relativ zueinander verschiebbare Dämpferteile aufweist, wobei eines der Dämpferteile mit der Spindelmutter verbunden ist; dieser Dämpfer ist vorzugsweise als hydraulischer oder alternativ als elektromechanischer Dämpfer ausgebildet. Gemäß einer möglichen Bauform ist die Spindelmutter – in Längsrichtung der Gewindespindel betrachtet – zwischen dem Dämpfer und der Verbindung des Längslenkers mit der Gewindespindel angeordnet. Der Dämpfer befindet sich in dieser Bauform somit näher an der Fahrzeugmitte als die Spindelmutter.
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Als jeweilige Weiterbildungen der Einzelradaufhängung wirken die Federanordnungen und Dämpfer mit dem Gewindetrieb synergistisch, wobei die gesamte Dämpfungswirkung verstärkt wird. Zur besseren Gängigkeit, für ein besseres Ansprechverhalten, Vermeidung von Überhitzung und zur Verschleißverhinderung ist die Ausbildung des Gewindetriebes als ein- oder mehrgängiger Kugelgewindetrieb besonders vorteilhaft. Der durch ein Kugelgewindetrieb reduzierte Reibungskraftbeitrag zur Axialkraft im Vergleich zu einem einfachen Bewegungsgewinde kann durch eine zusätzliche Federung oder Dämpfung sowie Kombinationen von Dämpfungen und Federungen ausgeglichen werden.
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Nachfolgend wird auf Weiterbildungen der vorgeschlagenen Einzelradaufhängung durch zusätzliche Kombination von Federung und Dämpfung eingegangen.
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Besonders zweckmäßig lässt sich die Verdrehsicherung aus einem Kern und einer Hülse gestalten, wobei der Kern zugleich als Montagerahmen für die Federanordnungen und die Lagerung der Gewindespindel dient. Bei einer festen, mittel- oder unmittelbaren Verbindung des Montagerahmens mit der Karosserie ist die Hülse auf dem Kern verschiebbar geführt. Hierbei sind Kern und Hülse mit einer oder mehreren ineinandergreifenden Nut-Nasen-Führungen versehen. Diese Nut-Nasen-Führung ist so gestaltet, dass die Nut als Aussparung parallel zur Gewindespindel verläuft, die Nase in die Spindelmutter greift und die Nase in der Nut und damit die Spindelmutter verschiebbar ist. Anstelle einer oder mehrerer Nut-Nasen-Führungen können Kern und Hülse beispielsweise in Form einer Polygonanordnung relativ verschiebbar sein, wobei die Kanten des Polygons parallel zur Gewindespindel verlaufen. In solchen Nut-Nase- oder Polygonanordnungen ist die Spindelmutter in der Hülse so angeordnet, dass die Spindelmutter gleichförmig zusammen mit der Hülse in Richtung der Längsachse der Gewindespindel bewegbar ist.
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In Weiterbildung der Verdrehsicherung aus einem Kern und einer Hülse ist der Dämpfer mit der Hülse verbunden, wobei die zwei relativ zueinander verschiebbaren Dämpferteile konzentrisch zur Rotationsachse der Gewindespindel angeordnet sind.
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Nachfolgend wird auf alternative Bauformen der vorgeschlagenen Einzelradaufhängung eingegangen, welche zusätzliche Kombinationen von Federung und Dämpfung einschließen.
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Eine Anfederung der Spindelmutter ist bereits durch eine als Druckfeder wirkende Schraubenfeder ausführbar. Hierbei liegt die Gewindespindel in Längsrichtung in der Schraubenfeder ein, wobei eines der Längsenden der Schraubenfeder an der Gewindemutter und das andere Längsende der Schraubenfeder direkt oder mittelbar an der Karosserie abgestützt ist. In einem Montagerahmen kann eine Anfederung ebenfalls bereits durch eine einfache Schraubenfeder ausgeführt werden, welche die Gewindespindel umschließt und in dem Montagerahmen einliegt; auch bei dieser Ausführung ist eine starre Anbindung der Federenden weder an die Spindelmutter noch an die Karosserie erforderlich, da der Montagerahmen selbst an die Karosserie angebunden ist.
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Ist bei der vorgeschlagenen Einzelradaufhängung eine Dämpfung der Spindelmutter gegeben, kann in einer alternativen Bauform eine Federung auch unabhängig von der Spindelmutter bewerkstelligt sein. Eine solche Ausführung ist bereits durch eine Biegefeder gegeben, wobei eines der Längsenden der Biegefeder mit der Gewindespindel senkrecht zu deren Rotationsachse und das andere Längsende der Biegefeder direkt oder mittelbar mit der Karosserie verbunden ist. Anstelle der Biegefeder kann auch eine Torsionsschraubenfeder verwendet werden, welche in der Gewindespindel einliegt, wobei analog zur Biegefeder eines der beiden Enden der Torsionsschraubenfeder mit der Gewindespindel und das andere Längsende wiederum direkt oder mittelbar mit der Karosserie verbunden ist. Anstelle der Gewindespindel kann in dieser Ausführung auch der Längslenker gefedert sein.
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Ist umgekehrt bei der vorgeschlagenen Einzelradaufhängung eine Federung der Spindelmutter gegeben, so kann in einer alternativen Bauform auch eine Dämpfung unabhängig von der Spindelmutter bewerkstelligt sein. Eine solche Ausführung ist bereits durch einen Drehdämpfer gegeben, welcher konzentrisch zur Rotationsachse mit der Gewindespindel zusammenwirkt. Anstelle der Gewindespindel kann in dieser Ausführung auch der Längslenker mit einer Dämpfung versehen sein.
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Die erfindungsgemäße Einzelradaufhängung, insbesondere in ihren Weiterbildungen, gestattet einen besonders platzsparenden Einbau in ein Fahrzeug und damit eine hohe Designfreiheit gegenüber dem genannten Stand der Technik. Die Gewindespindel und der Längslenker sind besonders vorteilhaft in einer horizontalen Ebene verbaubar, das heißt parallel in einer zur Fahrzeugebene parallelen Ebene. Mit der vorgeschlagenen Einzelradaufhängung kann beispielsweise bei Kraftfahrzeugen der Dom an der Vorderachse sehr niedrig gehalten werden, wodurch auch der Fußgängerschutz begünstigt wird.
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Eine hohe Dämpfungswirkung und gleichzeitig kompakte Bauweise ist dadurch erzielbar, dass der Längslenker und die Gewindespindel senkrecht zueinander angeordnet sind. Ist durch übergeordnete Konstruktionsvorgaben ein Längslenker mit nur einer kurzen Länge wählbar, so kann die verminderte Hebelwirkung, welche mit einem erweiterten maximalen Schwenkwinkel des Längslenkers einhergeht, durch eine Verminderung der Gewindesteigung ausgeglichen werden. Dies trifft auch für den Fall zu, bei dem der Längslenker und die Gewindespindel konstruktionsbedingt nicht senkrecht zueinander stehen können. Ist durch übergeordnete Konstruktionsvorgaben in Fahrzeugquerrichtung eine Platzbeschränkung gegeben, so kann eine damit notwendig gewordene Reduktion des Verschiebeweges der Spindelmutter nicht nur durch eine Reduktion der Gewindesteigung, sondern beispielsweise auch durch eine Verlängerung des Längslenkers ausgeglichen werden.
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Die vorgeschlagene Einzelradaufhängung ist nicht nur für Kraftfahrzeuge mit verbrennungsmotorischem Antrieb, sondern insbesondere auch für Fahrzeuge mit radnahem Antrieb, beispielsweise radnahem Elektroantrieb, geeignet. Auch für Fahrzeuge, bei denen über den Radachsen ein großer Raum beansprucht wird und gleichzeitig eine gute Dämpfungswirkung erforderlich ist, ist die vorgeschlagene Einzelradaufhängung besonders geeignet, beispielsweise für Kraftfahrzeuge und Lastkraftwagen mit besonders platzsparender Konstruktion, für Kleinfahrzeuge aller Art oder Zweiräder oder für Anhänger für den Tiertransport oder Fahrradanhänger für den Personentransport.
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigen in der Perspektive auf die Fahrzeugebene:
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1 eine Einzelradaufhängung mit einer mit einer Gewindespindel, welche ein außenliegendes Gewinde aufweist;
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2 eine Einzelradaufhängung mit einer mit einer Gewindespindel, welche ein innenliegendes Gewinde aufweist.
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Die 1 zeigt eine Einzelradaufhängung in Aufsicht auf eine Ebene parallel zur Fahrzeugebene, welche durch die Fahrzeugquerrichtung x und die Fahrzeuglängsrichtung y aufgespannt ist. Die Einzelradaufhängung mit einem Gewindetrieb 1 ist aus einer Gewindespindel 2 mit einem Gewinde 3, einer Spindelmutter 4 und Kugeln 5 als eingängiger Kugelgewindetrieb zusammengesetzt. Das Gewinde 3 ist auf der Außenseite der Gewindespindel 2 angebracht. Die Gewindespindel 2 ist starr mit einem Längslenker 6 verbunden. Der Längslenker 6 ist wiederum über ein Radlager 7 mit einem Rad 8 verbunden. Die Gewindespindel 2 ist über ein Lager 9 an die Karosserie des Fahrzeuges gelagert. Die Spindelmutter 4 ist durch zwei Federanordnungen 10 von Tellerfedern 11 in Form von Tellefederpaketen angefedert. Mit diesen Federanordnungen 10 ist die Spindelmutter 4 beidseitig und entgegengesetzt mit Federkraft belastet. Die Gewindespindel 2 und Federanordnung 10 sind in einem gemeinsamen Montagerahmen 12 abgestützt, wobei die Gewindespindel 2 über zusätzliche Stützlager 13 als Bestandteile des Montagerahmens 12 schwenkbar gelagert ist. Der Montagerahmen 12 ist als Hülsenkern ausgebildet und fest mit der Karosserie des Fahrzeuges verbunden. Die Spindelmutter 4 ist in dem Montagerahmen 12 auf dem Gewinde 3 der Gewindespindel 2 axial verschiebbar und mit einer Hülse 14 über deren in den Montagerahmen 12 eingreifende Nasen 15 fest verbunden. Der Montagerahmen 12 als einliegender Kern und die Hülse 14 bilden somit die zweiteilige Verdrehsicherung 16. Die Spindelmutter 4 ist zusammen mit der Hülse 14 längs der Längsachse der Gewindespindel 2 linear verschiebbar, und zwar innerhalb von Nuten 17 des Montagerahmens 12 zwischen Ausfederungspunkten L1 und L2 um einen Ruhepunkt L0. Die Hülse 14 ist mit einem Dämpferteil 18 verbunden, welches als Kolbenstange ausgebildet ist. Das Dämpferteil 18 und ein Dämpferteil 19 sind zu einem Dämpfer 20 zusammengesetzt, welcher einen hydraulischen Dämpfer darstellt. Das Dämpferteil 18 kann über eine Gummiquetschfederung 21 elastisch an die Gewindespindel 2 axial anschlagen. Das Dämpferteil 19 dagegen ist fest an die Karosserie gebunden. Die Dämpferteile 18 und 19 sind relativ zueinander verschiebbar. Das Dämpferteil 19 ist durch einen Gummiring 22 gegen Anschlag an die Hülse 14 geschützt.
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Führt das Rad 8 eine Ein- oder Ausfederung aus, wird die Gewindespindel 2 verdreht, wodurch die Spindelmutter 4 im Montagerahmen 12 um den Ruhepunkt L0 nach den Ausfederungspunkten L1 oder L2 axial verschoben wird. Die Spindelmutter 4 arbeitet dabei gegen die Tellerfedern 11 der Federanordnungen 10. Darüber hinaus wird die Bewegung der Spindelmutter 4 durch den Dämpfer 20 gedämpft. Somit arbeitet die Spindelmutter 4 gegen eine Axialkraft, welche durch die Federanordnungen 10 sowie durch den Dämpfer 20 erzeugte Kräfte einschließt.
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Die 2 zeigt ebenfalls eine Einzelradaufhängung mit einem Gewindetrieb 1, welcher aus einer Gewindespindel 2, einer Spindelmutter 4 und Kugeln 5 als eingängiger Kugelgewindetrieb zusammengesetzt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch das Gewinde 3 der Gewindespindel 2 als Innengewinde ausgeführt. Die Spindelmutter weist ein außenliegendes Muttergewinde 23 auf und eine als Hexagon ausgeformte Verlängerung 24 auf. Die Gewindespindel 2 ist über ein Lager 9 an der Karosserie des Fahrzeuges schwenkbar angebunden. Die Spindelmutter 4 ist durch eine Federanordnung 10 von Tellerfedern 11 in Form eines Tellerfederpaketes angefedert. Die Spindelmutter 4 und Federanordnung 10 sind in einem gemeinsamen Montagerahmen 12 abgestützt, wobei die Spindelmutter 4 über ein Hexagonallager 25 im Montagerahmen 12 axial verschiebbar ist. Auf diese Weise bilden der Montagerahmen 12 und das Hexagonallager 25 eine Verdrehsicherung 16 der Spindelmutter 4. Zusätzlich ist die Gewindespindel 2 ist in dem Stützlager 13 verschwenkbar gelagert, wobei das Stützlager 13 ebenfalls Bestandteil des Montagerahmens 12 ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gewindetrieb
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Gewinde
- 4
- Spindelmutter
- 5
- Kugeln
- 6
- Längslenker
- 7
- Radlager
- 8
- Rad
- 9
- Lager
- 10
- Federanordnung
- 11
- Tellerfedern
- 12
- Montagerahmen
- 13
- Stützlager
- 14
- Hülse
- 15
- Eingreifende Nase
- 16
- Verdrehsicherung
- 17
- Nuten
- 18
- Dämpferteil
- 19
- Dämpferteil
- 20
- Dämpfer
- 21
- Gummiquetschfederung
- 22
- Gummiring
- 23
- Muttergewinde
- 24
- Verlängerung
- 25
- Hexagonlager
- x
- Fahrzeugquerrichtung
- y
- Fahrzeuglängsrichtung
- L0
- Ruhepunkt
- L1
- Ausfederungspunkt
- L2
- Ausfederungspunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012216822 A1 [0002, 0004]
- DE 4203057 A1 [0003, 0004]
- DE 4433056 A1 [0004]
- EP 1515064 A1 [0004]
