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Die
Erfindung betrifft eine Verbundachse eines zweispurigen Fahrzeugs
mit die sog. Radträger für die beiden Räder
führenden, sich im wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung
erstreckenden und letztlich am Fahrzeug-Aufbau angelenkten Längsarmen, die
in Fahrzeug-Querrichtung biegeweich ausgebildet und/oder in Querrichtung
elastisch abgestützt sind, ferner mit einem mit den beiden
Radträgern verbundenen, im wesentlichen biegesteifen und
zumindest abschnittsweise torsionsweichen und somit eine sich in
Fahrzeug-Querrichtung erstreckende Torsionsachse bildenden Verbundlenker,
an den sich die besagten Längsarme über eine zumindest
bezüglich der Fahrzeug-Querachse drehsteife Verbindung
anschließen, so dass in der Seitenansicht die Torsionsachse
des Verbundlenkers und die Längsarme bezüglich
des Radmittelpunktes auf einander gegenüberliegenden Seiten
liegen, und weiterhin mit einem letztlich zwischen dem Verbundlenker
oder einem Radträger und dem Fahrzeug-Aufbau abgestützten Seitenkraft-Führungsorgan,
sowie mit den Rädern der Achse zugeordneten und zwischen
dieser und dem Fahrzeug-Aufbau eingespannten Tragfedern.
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Die
an zweispurigen Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, üblichen
Achs-Anordnungen, insbesondere an der Hinterachse, sind entweder
dem Typus der Einzelradaufhängungen, oder dem der Verbundlenkerachsen
oder der Starrachsen zuzuordnen. Bei den Einzelradaufhängungen
sind diverse Möglichkeiten der Radführung bekannt
(so bspw. Linearführung, Pendelachsen, Schräglenkerachsen,
Doppelquerlenkerachsen, Längslenkerachsen, Doppellängslenkerachsen,
Federbeinachsen, etc.). Bei diesen Achsen ist die Kinematik der
Radführung des linken und rechten Rades unabhängig von
einander. Die Federbewegung der beiden Räder relativ zum
Fahrzeug-Aufbau (= Karosserie) findet daher kinematisch unabhängig
voneinander statt. Jede Fahrzeug-Seite bildet vom Standpunkt der
Radführung her ein unabhängiges System. In diesem System
ist die Radstellung nur als Funktion des Einfeder-Zustandes bzw.
Ausfeder-Zustandes des Rades relativ zum Fahrzeug-Aufbau bekannt.
Eine Information über die Stellung, bspw. den Wankwinkel, des
Fahrzeug-Aufbaus relativ zur Fahrbahn ist nicht vorhanden.
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Daneben
sind Achskonzepte bekannt, bei denen eine kinematische Koppelung
zwischen den Rädern der beiden Fahrzeug-Seiten besteht,
um beim Huben (= auf der linken und der rechten Fahrzeug-Seite erfolgt
die gleiche Einfederbewegung bzw. Ausfederbewegung der Räder
gegenüber dem Fahrzeug-Aufbau) andere kinematische Radführungseigenschaften
zu erzielen als beim Wanken (= Neigung des Fahrzeug-Aufbaus um die
Fzg.-Längsachse und somit unterschiedliche Einfederbewegung bzw.
Ausfederbewegung der beiden Räder gegenüber dem
Fahrzeug-Aufbau). Diese Achsen werden in der Literatur üblicherweise
als Verbundachsen bezeichnet. Bekannt und weit verbreitet sind zunächst die
sog. Verbundlenkerachsen, welche die Eigenschaften der an je einem
Längslenker geführten Räder beim Huben
in etwa mit den Eigenschaften einer Schräglenkerachse beim
Wanken ohne deren Hauptnachteil des ausgeprägten Aufstützens
unter Querbeschleunigung vereinen. Diese Eigenschaften werden konstruktiv
in bekannter Weise durch eine torsionsweiche jedoch biegesteife
Verbindung zwischen dem rechtsseitigen und dem linksseitigen Längslenker
erreicht. Jede Fahrzeug-Seite bzw. die beiden Räder wird/werden
auf diese Weise vom Einfederungszustand der anderen Seite beeinflusst,
womit eine Information über die Lage des Fahrzeugs relativ zur
Fahrbahn im Achs-System vorhanden ist.
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Bei
den (nicht gelenkten) Starrachsen sind die beiden Räder
einer Achse zumindest bezüglich Spur, Vorspur und Sturz
starr miteinander verbunden. Die Starrachsen werden in der Regel
mittels geeigneten Lenkern oder unter Verwendung von Federelementen
mit Führungsfunktion gegenüber dem Fzg.-Aufbau
abgestützt, so dass im Wesentlichen nur eine Hubbewegung
und eine Wankbewegung möglich sind. Bei einigen Varianten
ist an der Starrachse ein Rotationsfreiheitsgrad um eine horizontale
Achse quer zum Fahrzeug vorgesehen, um kinematische Überbestimmtheit
zu vermeiden. Dieser Freiheitsgrad kann bspw. über eine
entsprechende Lagerung (bspw. bei der Vorderachse des Bugatti 59
oder der Hinterachse Mercedes-Benz W154/163) oder mittels eines
torsionsweichen Profils erreicht werden (z. B. Hinterachse des Citroen
11/15 CV oder des Audi 80/100). Auf diese Weise können
die beiden Achsseiten beim Einfedern und Ausfedern verschiedene Drehbewegungen
um die Fzg.-Querachse durchführen. Bei einer im Rover P4
ausgeführten Variante war zusätzlich zum genannten
Rotations-Freiheitsgrad eine Querbewegung der Räder zueinander
vorgesehen, so dass die Räder in Querrichtung einzeln geführt
wurden.
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Die
Einzelradaufhängungen besitzen im Wesentlichen die folgenden
Nachteile: Beim Wanken des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt ergeben sich
ungünstige Sturzwinkel der Räder zur Fahrbahn,
so dass die prinzipiell vom Reifen her mögliche maximale
Querbeschleunigung nicht erreicht wird. Durch eine entsprechende
kinematische Ausbildung kann das Sturzverhalten bei Kurvenfahrt
zwar verbessert werden, jedoch sind hier Grenzen gesetzt durch die
Sturzempfindlichkeit der Reifen bei hoher Zuladung und hoher Fahr-Geschwindigkeit.
Zusätzlich zu diesem Nachteil besteht bei vielen Ausführungen
die Tendenz zum so genannten Aufstützen, d. h. dass die Achse
bei Kurvenfahrt eine resultierende vertikale Reaktionskraft aus
den Reifenseitenkräften bildet, die zu einem ungünstigen
Ausfedern führt. Des Weiteren ergibt sich bei einer Rollzentrumslage
oberhalb (entsprechendes gilt für unterhalb) der Fahrbahnebene
zwangsweise eine Querbewegung der Radaufstandspunkte beim Einfedern
und Ausfedern der Räder. Diese Querbewegung erzeugt Schräglaufwinkel und
damit Reifenseitenkräfte, die den Kurs des Fahrzeugs stören
und beim Anfahren zum frühzeitigen Durchdrehen der Räder
führen können.
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Die
Verbundachsen versuchen, durch die kinematische Verbindung beider
Seiten diese Nachteile zu verringern, indem eine andere Kinematik
beim Huben als beim Wanken des Fahrzeug-Aufbaus gegenüber
den Fzg.-Rädern erreicht wird. Der Aufwand und der Raumbedarf
sind jedoch erheblich. Dabei ermöglicht es eine Verbundlenkerachse,
auf kostengünstige und raumsparende Art einige dieser Nachteile
zu eliminieren. So bleibt die Änderung des Sturzwinkels
beim Huben auf sekundäre Einflüsse beschränkt.
Wie bei den Verbund-Einzelradaufhängungen ist es jedoch
möglich, einen Teil des Wankwinkels des Aufbaus beim Radsturz
zu kompensieren. Schließlich ist im DE-Buch von
Dr. Wolfgang Matschinsky mit dem Titel „Radführungen
der Straßenfahrzeuge; Kinematik, Elasto-Kinematik und Konstruktion",
2. Auflage, auf Seite 386 als Bild 14.4 die Hinterachse des Mercedes-Benz-Rennwagens W125 dargestellt,
die als nächstkommender Stand der Technik betrachtet wird
und daher zur Bildung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 herangezogen
ist.
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Ausgehend
von diesem sowie generell vom geschilderten Stand der Technik besteht
das Ziel bzw. die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen
Radführungstypus, d. h. eine Verbundachse nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, aufzuzeigen, der/die die Anforderungen an die Radführungseigenschaften
und an die Schwingungsisolierung besser erfüllt als die
bekannten, oben kurz beschriebenen Achssysteme. Dabei soll auch
der Bauraumbedarf gering gehalten werden.
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Die
Lösung dieser Aufgabe ist für eine Verbundachse
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass
der Verbundlenker in der Horizontalebene betrachtet im wesentlichen U-förmig
ausgebildet ist und solchermaßen ausgebildete und unterhalb
der horizontalen Radmittenebene mit den Radträgern verbundene
Schenkel, an die sich die besagten Längsarme anschließen,
aufweist, dass in der Seitenansicht das Verhältnis des
horizontalen Abstandes zwischen der genannten Torsionsachse und dem
Radmittelpunkt zum horizontalen Abstand zwischen dem aufbauseitigen
Anlenkpunkt des Längsarmes und dem Radmittelpunkt im wesentlichen
größer als 0,25 ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen
sind Inhalt der Unteransprüche.
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Es
wurde erkannt, dass der an sich grundsätzlich bekannte
Verbundlenker eine kinematische Sturzfunktion übernehmen,
d. h. bei einer Wankbewegung des Fzg.-Aufbaus die Räder
in eine geänderte Sturzposition verlagern kann. Dadurch,
dass dieser Verbundlenker an die Vertikalbewegung sowohl beider
Räder als auch über das genannte Seitenkraft-Abstützorgan
direkt oder indirekt an diejenige des Fzg.-Aufbaus angekoppelt ist,
kann die vorgeschlagene Achs-Kinematik im Gegensatz zu konventionellen
Einzelradaufhängungen zwischen Huben und Wanken des Fzg.-Aufbaus
unterscheiden. Diese hier sog. kinematische Radsturzwinkel-Funktion
führt beim Wanken des Fzg.-Aufbaus, bspw. unter Querbeschleunigung,
d. h. bei schnellerer Kurvenfahrt, zu einer identischen, parallelen
Sturzwinkel-Änderung an beiden Rädern, vorzugsweise
in gegensinniger Richtung zum Wankwinkel des Aufbaus. Damit dies in
nennenswertem Ausmaß erfolgt, ist das genannte geometrische
Verhältnis, nämlich das Verhältnis der genannten
horizontalen Abstände zueinander, wie angegeben zu wählen,
d. h. es ist insbesondere der Verbundlenker dementsprechend zu gestalten.
Eine solchermaßen erzielbare Radsturzwinkel-Funktion hat
nun eine deutliche Verbesserung des Seitenführungsverhaltens
der Räder bzw. von deren Reifen zur Folge. Beim Huben hingegen
stellt sich keine nennenswerte Änderung der Rad-Sturzwinkel
ein.
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Wenn
hier von einer Änderung des Radsturzes gesprochen wird,
so ist hiermit die Änderung des Sturzwinkels gegenüber
dem Radsturz in Konstruktionslage bzw. Auslegungslage gemeint. Dabei
wurde erkannt, dass das Verhältnis zwischen dem Betrag einer
durch die Wankbewegung des Fzg.-Aufbaus induzierten Änderung
des Radsturzes und dem Betrag des Wankwinkels des Fzg.-Aufbaus (gegenüber
der Horizontalen) dem Verhält nis zwischen dem horizontalen
Abstand der genannten Torsionsachse des Verbundlenkers vom Radmittelpunkt
und dem horizontalen Abstand zwischen dem aufbauseitigen Anlenkpunkt
des besagten Längsarmes und dem Radmittelpunkt entspricht.
Das Übersetzungsverhältnis zwischen einer Änderung
des Radsturzes und dem diese Änderung auslösenden
Wankwinkel ist also gleich dem genannten Verhältnis der
Horizontalabstände zwischen der Torsionsachse des Verbundlenkers
und dem Radmittelpunkt einerseits und zwischen dem aufbauseitigen
Anlenkpunkt des genannten Längsarmes und dem Radmittelpunkt
andererseits. (Diese genannten Abstandsmaße sind in der
an späterer Stelle erläuterten 1 mit
den Buchstaben „b" und „a" gekennzeichnet). Besonders
wirkungsvoll im Hinblick auf diese beabsichtigte sog. Radsturzwinkel-Funktion
ist dabei die Lage des sog. Verbundlenkers, d. h. der biegesteifen
Verbindung zwischen den Rädern an den beiden Fzg.-Seiten,
welcher sich vorliegend im Gegensatz zur üblichen Verbundlenkerachse
und anders als bei den früheren Starrachsen nicht zwischen
den genannten Längsarmen oder sogar direkt zwischen den
Radmittelpunkten befindet, sondern bezüglich der Radmitte
in einem für das gewünschte Sturzverhalten der
Räder relevantem Abstand auf der den besagten Längsarmen
gegenüberliegenden Seite.
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Wenngleich
an späterer Stelle eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben wird, bei der auf die Möglichkeit
verzichtet wird, die beiden Räder der Achse in Fahrzeuglängsrichtung unabhängig
von einander zu führen, so ist eine bevorzugte Ausführungsform
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Radträger jeweils
um eine im wesentlichen in Fahrzeug-Querrichtung verlaufende Schwenkachse
verschwenkbar, jedoch im wesentlichen sturzsteif, vorspursteif und
quersteif am Verbundlenker gelagert sind und dass jedem Radträger neben
dem genannten Längsarm ein weiterer letztlich am Fahrzeug-Aufbau
abgestützter Längslenker zugeordnet ist, der in
Vertikalrichtung betrachtet bezüglich des Radmittelpunktes
auf der dem Längsarm gegenüberliegenden Seite
am Radträger angreift. Hiermit ist ein untersteuerndes
Seitenkraftlenken erzielbar.
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Dies
sowie weitere Vorteile und Ausführungsvarianten werden
im Folgenden anhand der beigefügten Prinzipskizzen, in
denen jeweils nur die für das Verständnis erforderlichen
Elemente dargestellt sind, näher erläutert. Wenngleich
diese dargestellten und näher erläuterten Achsen
sämtlich Hinterachsen eines Personenkraftwagens sind bzw.
als solche fungieren können, so kann eine erfindungsgemäße
Achse durchaus auch als Vorderachse mit lenkbaren Rädern
zum Einsatz kommen. Konkret zeigt
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1 die
Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
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2 dieses
erste Beispiel in Ansicht von hinten auf das linke Hinterrad
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3 dieses
erste Beispiel in Ansicht von oben auf das linke Hinterrad
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4 ein
zweites Ausführungsbeispiel in Ansicht von hinten (analog 2)
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5 ein
drittes Ausführungsbeispiel in Ansicht von hinten (analog 2)
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6 ein
viertes Ausführungsbeispiel in Seitenansicht (analog 1)
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7 dieses
vierte Beispiel in Ansicht von hinten auf das linke Hinterrad
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8 dieses
vierte Beispiel in Ansicht von oben auf das linke Hinterrad
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9 ein
fünftes Ausführungsbeispiel in Seitenansicht (analog 1)
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10 dieses
fünfte Beispiel in Ansicht von oben auf das linke Hinterrad
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11 ein
sechstes Ausführungsbeispiel in Seitenansicht (analog 1)
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12 das
sechste Beispiel in Ansicht von oben auf die beiden Räder
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Erfindungswesentlich
können stets sämtliche näher beschriebenen
Merkmale sein und gleiche Bauelemente sind stets mit den gleichen
Bezugsziffern gekennzeichnet.
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Ein
sog. Radträger 1 der Achse trägt ein
Rad 2 des zweispurigen und vorzugsweise zweiachsigen Fahrzeugs,
wobei dieser Radträger 1 unter anderem durch einen
sich in wesentlichen in Fzg.-Längsrichtung L erstreckenden
Längsarm 3 geführt ist, dessen freies
Ende in einem Gelenk 4 ( = „Anlenkpunkt") am nicht
näher dargestellten Fahrzeug-Aufbau 5 angelenkt
ist. Dieser in Vertikalrichtung V unterhalb des Rad-Mittelpunktes
M mit dem Radträger 1 verbundene Längsarm 3 ist
in Vertikalrichtung V biegesteif und in Fzg.-Querrichtung Q vorzugsweise
biegeweich ausgeführt. Er überträgt im
Wesentlichen Kräfte in Längsrichtung L. Als ein
in Querrichtung Q biegeweicher Lenker kann dieser Längsarm 3 auch
als ein dem Fachmann bekannter sog. Schwert-Lenker bezeichnet werden;
anstelle einer derartigen Gestaltung kann der Längsarm 3 vorzugsweise
im Anlenkpunkt bzw. Gelenk 4 in Querrichtung Q elastisch
abgestützt sein.
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Weiterhin
ist ein sich in Querrichtung Q erstreckender sog. Verbundlenker 6 vorgesehen,
der die beiden Radträger 1 der Achse miteinander
verbindet. Dieser Verbundlenker 6 ist in der Horizontalebene
betrachtet (vgl. 3, 8, 10, 12) im
wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei dessen beide Schenkel 6a mit
den Radträgern 1 verbunden sind und wobei sich
an jeden Schenkel 6a der besagte Längsarm 3 über
eine zumindest bezüglich der Fzg.-Querrichtung Q drehsteife
Verbindung anschließt. In der Seitenansicht gemäß den 1, 6, 9, 11 ist
somit der Winkel, den der Schenkel 6a mit dem Längsarm 3 einschließt,
stets und insbesondere auch bei Relativ-Bewegungen des Radträgers 1 gegenüber
dem Fzg.-Aufbau 5 nicht veränderbar.
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Der
Verbundlenker 6 ist im Wesentlichen biegesteif und zumindest
abschnittsweise torsionsweich ausgebildet, derart, dass er eine
sich in Fahrzeug-Querrichtung Q erstreckende Torsionsachse 6c beschreibt
bzw. bildet. In den 1, 6, 8–12 ist
das Profil bzw. der Querschnitt 6d des die beiden Schenkel 6a verbindenden
Abschnitts 6b des Verbundlenkers 6 dargestellt,
welches – wie ersichtlich – in sich eine Torsionsweichheit
bei gleichzeitiger Biegesteifigkeit besitzt. Alternativ zu einer solchen
Ausgestaltung bzw. Verwendung eines torsionsweichen Profils zur
Herstellung dieser gewünschten Eigenschaft kann der Verbundlenker 6 aber
auch in Fzg.-Querrichtung Q betrachtet geteilt ausgebildet sein,
wobei diese beiden Teile dann über ein geeignetes Gelenk
oder Lager miteinander verbunden sind (nicht gezeigt).
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Figürlich
nicht dargestellt sind den beiden Rädern 2 der
Achse zugeordnete Tragfedern, über die der ebenfalls nicht
weiter dargestellte Fzg.-Aufbau 5 letztlich auf den Rädern 2 abgestützt
ist. Dabei können diese bspw. als herkömmliche
Schraubendruckfedern ausgebildeten Tragfedern, denen wie üblich
Schwingsdämpfer parallel geschaltet sind bzw. sein können,
entweder am jeweiligen Radträger oder an einem geeigneten
Bauelement der Achse abgestützt sein.
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Im
weiteren auf die Ausführungsbeispiele nach den 1–10,
d. h. auf das erste bis einschließlich fünfte
Ausführungsbeispiel eingehend ist der Radträger 1 in
Vertikalrichtung V betrachtet unterhalb des Radmittelpunktes M am
Schenkel 6a des Verbundlenkers 6 bzw. am Längsarm 1 um
eine im wesentlichen in Fzg.-Querrichtung Q verlaufende Schwenkachse 7a verschwenkbar
angelenkt, und zwar in einem entsprechend gestalteten Gelenk 7. Dieses
ist, wie die 2, 5, 7 zeigen,
zweischnittig ausgeführt, d. h. eine Lasche des Schenkels 6a ist
zwischen einer in diesen Figuren linksseitigen Gelenk-Buchse 7' und
einer rechtsseitigen Gelenk-Buchse 7'' des Radträgers 1 gelagert.
Nachdem wie erläutert die Verbindung zwischen dem Schenkel 6a und
dem Längsarm 3 bezüglich der Querrichtung Q
drehsteif ausgeführt ist, ist es unerheblich, ob der Radträger 1 in
diesem Gelenk 7 mit dem Schenkel 6a des Verbundlenkers 6 und/oder
mit dem Längsarm 3 um die Querrichtung Q verschwenkbar
verbunden ist.
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Beim
ersten bis einschließlich zum dritten Ausführungsbeispiel
nach den 1–5 ist
jeder Radträger 1 nicht nur durch den bereits
genannten unteren Längsarm 3 sondern zusätzlich
durch einen oberen, d. h. oberhalb der Radmitte M am Radträger 1 angelenkten
und sich in Längsrichtung L betrachtet bezüglich
des Mittelpunktes M auf der gleichen Seite befindenden und sich
im wesentlichen in die gleiche Richtung wie der Längsarm 3 erstreckenden
Längslenker 8 geführt. Dieser obere Längslenker 8,
der über ein Gelenk 10 am Radträger 1 angreift
und mit seinem anderen Ende am Fzg.-Aufbau 5 (hier nicht dargestellt)
angelenkt ist, überträgt nur Zugkräfte
und Druckkräfte im Wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung
L. Der untere, in Vertikalrichtung V biegesteife und in Querrichtung
Q vorzugsweise biegeweiche Längsarm 3 überträgt
im Wesentlichen Kräfte in Längsrichtung L und
nimmt zusätzlich die aus einer Torsion des Verbundlenkers 6 bei
unterschiedlichen Einfederzuständen des linken bzw. rechten
Rades 2 resultierende Reaktion auf.
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Der
untere Längsarm 3 und der obere Längslenker 8 übertragen
die zwischen dem Fzg.-Aufbau 5 und dem zugehörigen
Rad 2 wirkenden Längskräfte, also vorwiegend
die Antriebskräfte und die Bremskräfte; zusätzlich
nehmen sie ein am Rad anliegendes Bremsmoment sowie im Falle von
am Radträger 1 angeordnetem Übersetzungsgetriebe
oder Antriebsmotor auch dessen Reaktionsmoment auf. Die Lage von
Längsarm 3 und Längslenker 8 zueinander bestimmt
den dem Fachmann bekannten Anfahrnickausgleich und den Bremsnickausgleich,
was wie bei Einzelradaufhängungen üblich festgelegt
werden kann.
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Die
genannte Gelenk-Lagerung 7 zwischen dem Verbundlenker 6 und
dem Radträger 1 ist sturzsteif, vorspursteif und
quersteif ausgeführt, so dass der Radsturz, die Vorspur
und die Spurweite der Räder 2 der Achse durch
den Verbundlenker 6 kontrolliert werden. Über
diese Gelenk-Lagerung 7 werden ebenfalls die Seitenkräfte
zwischen der Fahrbahn S und dem Rad 2 auf den Verbundlenker 6 übertragen und
von diesem über ein geeignetes sog. Seitenkraft-Abstützorgan
auf den Fahrzeug-Aufbau 5. Hierfür ist beim ersten
Ausführungsbeispiel sowie beim dritten bis einschließlich
sechsten Ausführungsbeispiel, d. h. bei den 1–3 sowie
den 5–12 ein
dem Fachmann bekannter Panhard-Stab 9 letztlich zwischen
dem Verbundlenker 6 oder einem der Radträger 1 einerseits
und dem Fzg.-Aufbau 5 andererseits an seinen Enden gelenkig,
d. h. um die Fzg.-Längsrichtung L geringfügig verdrehbar,
abgestützt. Anstelle eines derartigen Panhard-Stabes 9 kann
auch ein dem Fachmann bekanntes Watt-Gestänge oder ein
mit Führungs funktion ausgestattetes Federungselement als
so genanntes Seitenkraft-Abstützorgan (ebenfalls Bezugsziffer 9)
zwischen dem Verbundlenker 7 oder einem der Radträger 1 einerseits
und dem Fzg.-Aufbau 5 andererseits fungieren. Im übrigen
kann ein Anteil der zwischen der Fahrbahn S und den Rädern 2 der
Achse übertragenen Seitenkraft auch über die Längsarme 3 und
die Gelenke 4 zum Fzg.-Aufbau 5 übertragen werden.
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Mit
den soweit beschriebenen Merkmalen ist die vor der Figurbeschreibung
bereits genannte kinematische Radsturzwinkel-Funktion erzielbar,
nämlich dass sich beim Wanken des Fzg.-Aufbaus 5 bspw. unter
Querbeschleunigung eine für beide Räder im wesentlichen
identische, parallele Sturzwinkel-Änderung vorzugsweise
in gegensinniger Richtung zum Wankwinkel des Aufbaus 5 einstellt.
Zur Erläuterung werde im Folgenden in der Darstellung nach 1 ein
Einfedern alleine des in Fzg.-Fahrtrichtung F betrachtet linksseitigen
Rades 2 in Vertikalrichtung V nach oben zum nicht weiter
dargestellten Fzg.-Aufbau 5 hin betrachtet, was in der
Ansicht von hinten, d. h. in der Darstellung nach 2 einem
Wanken des Aufbaus 5 um die Fzg.-Längsrichtung
L nach links, d. h. entgegen dem Uhrzeigersinn entspricht. Wäre
nun der Längsarm 2 in Querrichtung Q biegesteif
ausgeführt, so bewegte sich der Gelenk-Punkt 7 hierdurch auf
einem Kreisbogen um den Momentanpol MP, der durch den virtuellen
Schnittpunkt des Längsarmes 3 mit dem oberen Längslenker 8 gebildet
wird, nach oben. Zugelassen wird aufgrund der Torsionsweichheit
und Biegesteifigkeit des Verbundlenkers 6 jedoch lediglich
eine Verlagerung des Gelenk-Punktes 7 in Vertikalrichtung
V senkrecht zur Fahrbahn S, was zur Folge hat, dass sich der horizontale
Abstand a zwischen diesem Gelenk-Punkt 7 und dem Anlenkpunkt
des Längsarmes 3 im Gelenk 4 verringert. Demzufolge
muss der Längsarm 3 in Fzg.-Querrichtung Q „ausweichen",
was aufgrund seiner Biegeweichheit (oder elastischen Lagerung in
Querrichtung Q) möglich ist und was folglich eine Änderung des
Radsturzes zur Folge hat. In der Darstellung nach 2 wird
hierdurch nämlich das Rad 2 geringfügig
um seinen Mittelpunkt M verdreht. Der Verdrehsinn bzw. die Verdrehrichtung, d.
h. die Tatsache, ob der Längsarm 3 in der Darstellung
nach 2 in Querrichtung Q betrachtet nach links oder
nach rechts „ausweicht", wird dabei durch den am Fahrzeug-Aufbau 5 angelenkten
Panhard-Stab 9 (bzw. allg. durch das Seitenkraft-Führungsorgan 9)
bestimmt. Hier sowie vorzugsweise ist die Auslegung derart getroffen,
dass in der Darstellung von 2 der Längsarm 3 in
Querrichtung Q geringfügig nach links ausweicht und somit
das Rad 2 geringfügig im Uhrzeigersinn (und somit
gegensinnig zum Aufbau 5) um seinen Mittelpunkt M verschwenkt
wird. Das andere, in 2 nicht dargestellte rechte
Rad wird über den biegesteifen Verbundlenker 6 dabei
in gleicher Weise verschwenkt, d. h. an diesem stellt sich eine zum
linken Rad 2 parallele Sturzwinkeländerung ein.
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Diese
soweit beschriebene Sturzwinkel-Änderung führt
zu einer deutlichen Verbesserung des Seitenführungsverhaltens
der Reifen der Räder 2. Dabei geht – wie
bereits erwähnt wurde – die Änderung
des Radsturzes vom Radsturz in Auslegungslage bzw. Konstruktionslage
aus. Der Betrag dieser durch die Wankbewegung des Aufbaus 5 induzierten Änderung
des Radsturzes verhält sich zum Wankwinkel des Aufbaus
wie das Verhältnis der Strecke a zur Strecke b, wobei die
Strecke a den horizontalen Abstand zwischen dem Rad-Mittelpunkt
M und dem hier vorderen aufbauseitigen Lager bzw. Gelenk 4 des
Längsarmes 3 (als dessen aufbauseitigen Anlenkpunkt)
darstellt und die Strecke b dem horizontalen, d. h. zur Fahrbahn
S parallelen Abstand zwischen dem Rad-Mittelpunkt M und der Torsionsachse 6c des
Verbundlenkers 6 entspricht. In nennenswerten Umfang werden
dabei gewünschte Sturzwinkel-Änderungen erzielt,
wenn dass Verhältnis b/a (b zu a bzw b:a) im wesentlichen
größer als 0,25 ist, d. h. die Strecke b sollte
nicht kleiner als ein Viertel der Strecke a sein.
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Bei
reinen Hubbewegungen des Aufbaus 5 hingegen, bei denen
die beiden Räder 2 der Achse in gleichem Maße
gleichsinnig einfedern bzw. ausfedern, stellt sich keine Änderung
des Radsturzes ein, was ja auch erwünscht ist.
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Wie
bereits erwähnt wurde, sind in verschiedenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung, nämlich gemäß der 1–10,
die beiden Radträger 2 der Achse auf dem Verbundlenker 6 um
eine im Wesentlichen in Querrichtung Q verlaufende Schwenkachse 7a,
die in der Darstellung nach den 1, 6, 9 im
Wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene durch das Gelenk 7,
welches durch die bereits genannten Gelenk-Buchsen 7', 7'' gebildet
ist, verläuft, schwenkbar gelagert. Der Verbundlenker 6 ermöglicht
dabei eine Drehbewegung zwischen seiner linken und rechten Seite
(in den Darstellungen nach den 2–5, 7, 8, 10, 12),
um gegensinnige Federbewegungen der Räder relativ zum Fahrzeug-Aufbau 5 zu
ermöglichen. Dieser Drehfreiheitsgrad kann bevorzugt über ein
torsionsweiches, jedoch biegesteifes Profil 6d, wie beispielsweise
in den Abbildungen dargestellt, oder durch ein entsprechendes Lager
erreicht werden. Im ersten Fall, d. h. ohne das genannte Lager, kann
die Verdrehsteifigkeit gleichzeitig zur Wankstabilisierung genutzt
werden, so dass ggf. kein separater, dem Fachmann bekannter Querstabilisator
erforderlich ist.
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Nachdem
hier in den Ausführungsbeispielen nach den 1–10 ein
eigenständiger Radträger 1 vorhanden
ist, der gegenüber dem Verbundlenker 6 mindestens
einen Freiheitsgrad besitzt, der im Wesentlichen eine Schwenkbewegung
des Radträgers 2 um die Verschwenkachse 7a nach
vorne bzw. nach hinten, d. h. in den 1, 6, 9 gegen bzw.
im Uhrzeigersinn ermöglicht, ist ein erwünschtes
Wank-Lenken der Räder 2 erzielbar, d. h. eine Änderung
von deren Vorspur (bzw. Nachspur) in Abhängigkeit vom Wankwinkel
des Fzg.-Aufbaus 5. Wie in 1 dargestellt
ist, schließt die Verbindungslinie zwischen der Torsionsachse 6c des
Verbundlenkers 6 mit dem aufbauseitigen Lager bzw. Gelenk 4 des Längsarmes 3 mit
der Horizontalen den Winkel α ein. Dieser Winkel α ist
für das kinematische Wank-Lenken bestimmend, da er zusammen
mit der Summe der Strecken a und b, d. h. mit dem Abstand (a + b) den
Lenkwinkel des Verbundlenkers 6 und damit der Räder 2 relativ
zum Aufbau 5 bei ungleicher Einfederung der Räder 2 bestimmt.
Wie ersichtlich verläuft dabei in Seitenansicht die Verbindungslinie
zwischen der Torsionsachse 6c des Verbundlenkers 6 und
dem Abstützpunkt bzw. Gelenk 4 des Längsarmes 3 am Fahrzeug-Aufbau 5 in
Fahrtrichtung F betrachtet abfallend, d. h. zur Fahrbahn S hin.
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Da
weiterhin die resultierende Seitenkraftabstützung in Fahrtrichtung
F (in 2 nach links weisend) betrachtet hinter dem Rad-Mittelpunkt
M erfolgt, wirkt auf den Verbundlenker 6 ein Moment, das in
Verbindung mit der Elastizität der aufbauseitigen Gummilager
im Gelenk 4 der beiden Längsarme 3 der
Achse eine Drehbewegung des Verbundlenkers 6 um die Vertikalachse
(Hochachse) herbeiführt. Da die beiden Radträger 1 vorspursteif
mit dem Verbundlenker 6 verbunden sind, erfolgt auf diese
Weise bei beiden Rädern 2 ein untersteuerndes
Seitenkraftlenken.
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Wird
ein unterschiedlicher elastischer Vorspurwinkel unter Seitenkraft
zwischen dem kurvenäußeren und dem kurveninneren
Rad gewünscht, so ist dies durch einen Längsversatz
zwischen der Schwenkachse 7 und dem Rad-Mittelpunkt M (betrachtet
in Seitenansicht, d. h. in den 1, 6, 9)
sowie durch Einführung von Elastizität in der Gelenk-Lagerung 7 der
Schwenkachse 7a in Längsrichtung L zu erreichen.
Ebenso kann durch geeignete Anordnung bzw. Ausbildung der Gelenk-Lagerung 7,
d. h. der Gelenk-Buchsen 7', 7'', und des Gelenk-Lagers 10 des
oberen Längslenkers 8 am Radträger 1 eine
gezielte radindividuelle Änderung der Vorspur beim Bremsen
und beim Lastwechsel erreicht werden. So zeigt 5,
dass die linksseitige Gelenk-Buchse 7' durchaus linksseitig
der von der Längsachse L und der Vertikalachse V aufgespannten
Radmitten-Ebene vorgesehen sein kann, während sich diese
linksseitige Gelenk-Buchse 7' bei den Ausführungsformen
nach den 2, 7 ebenso wie
die rechtsseitige Gelenk-Buchse 7'' rechtsseitig dieser
besagten Radmitten-Ebene befindet. Ist nun bei der Ausführungsform
nach 5 das Lager in der linksseitigen Gelenk-Buchse 7' in
Längsrichtung L härter ausgebildet als das Lager
in der rechtsseitigen Gelenk-Buchse 7'', so ergibt sich
beim Bremsen des Rades 2 eine gewünschte Vorspuränderung.
Weiterhin kann eine radindividuelle Änderung der Vorspur als
Funktion der jeweiligen Radeinfederung durch eine leichte Neigung
der Schwenkachse 7a (zwischen dem Radträger 1 und
dem Schenkel 6a des Verbundlenkers 6) gegenüber
der Horizontalen erreicht werden.
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Im
Ausführungsbeispiel nach 4 ist eine besondere
Form der Seitenkraftabstützung zum Aufbau 5 dargestellt.
Bei dieser Anordnung ist jeder der beiden Radträger 1 der
Achse jeweils mit einem Zugkräfte und Druckkräfte übertragendem
Querlenker 9', der mit seinem anderen Ende am Fzg.-Aufbau 5 abgestützt
ist, in Fahrzeug-Querrichtung Q geführt. Insofern fungiert
jeder dieser Querlenker 9' als genanntes Seitenkraft-Führungsorgan.
Mit zwei derartigen Seitenkraft-Führungsorganen 9' ergäbe
sich jedoch eine Überbestimmung und somit eine Verspannung, die
dadurch vermieden wird, dass auf einer der beiden Fzg.-Seiten die
Lagerung zwischen dem Radträger 1 und dem Verbundlenker 6 eine
axiale Verschiebbarkeit in Querrichtung Q aufweist, was hier durch
die Gelenk-Buchsen 7', 7'' umhüllende
Faltenbälge für das linke Hinter-Rad 2 dargestellt
ist. Wird der benötigte Torsions-Freiheitsgrad zwischen
der linken und rechten Seite des Verbundlenkers 6 nicht durch
die Torsionsweichheit des hierfür verwendeten Profils/Querschnitts 6d realisiert,
sondern – wie bereits angesprochen wurde – mittels
eines im Verbundlenker 6 integrierten Drehgelenkes, so
kann die axiale Verschiebbarkeit im Übrigen auch in dieses besagte
Drehgelenk integriert sein.
-
Eine
weitere vorteilhafte Eigenschaft der bislang erläuterten
Ausführungsvarianten besteht darin, dass durch die Trennung
der Längsbewegung des Verbundlenkers 6 von der
Längsbewegung der Radträger 1 und Räder 2 ermöglicht
wird, trotz fester Zuordnung der Vorspur beider Räder 2 durch
den Verbundlenker 6 einen Anfahrnickausgleich bei gleichzeitig
untersteuerndem kinematischem Wankverhalten zu erzielen. Dabei ist
durchaus auch eine Ausführungsvariante wie in den 9, 10 dargestellt möglich,
wonach sich der obere Längslenker 8 bezüglich
des Rad-Mittelpunkts M auf der anderen Seite des Längsarmes 3 befindet
bzw. sich in die dem Längsarm 3 entgegen gesetzte
Richtung (und hier also gegen die Fahrtrichtung F nach hinten) erstreckt. Damit
können sich hinsichtlich des Bauraumes und des Nickausgleichs
günstigere Bedingungen ergeben.
-
Im
Weiteren kurz auf den torsionsweichen, jedoch biegesteifen Abschnitt 6b des
Verbundlenkers 6 eingehend kann dieser bspw. ein ähnlich
der Darstellung in den 1, 11, 12 dargestelltes Profil
(= Querschnitt 6d) aufweisen. Alternativ kann jedoch auch
ein asymmetrisches torsionsweiches Profil vorgesehen sein, bspw.
in Sichelform wie in den 6, 8–10 dargestellt,
wobei die Torsionsachse 6c außerhalb des sichelförmigen
Querschnitts 6d oder zumindest außerhalb der Mitte
des Querschnitts 6d liegt, da hiermit ein vorteilhaft hohes Verhältnis
der weiter oben erläuterten Strecken b zu a erzielt werden
kann bei gleichzeitig kompakter Anordnung des Verbundlenkers 6 sowie
bei geringem Vertikalhub desselben.
-
In
den 6, 7, 8 ist ein
Beispiel für eine konstruktiv besonders vorteilhafte Ausführung dargestellt.
Demnach ist der Verbundlenker 6 zusammen mit den beiden
sich an seine Schenkel 6a anschließenden Längsarmen 3 einteilig
ausgeführt und bspw. aus einem Rohr geformt. Um die ungefederten Massen
klein zu halten, kann vorzugsweise ein Leichtbaumaterial wie bspw.
eine geeignete Aluminiumlegierung verwendet werden. Der die Schenkel 6a miteinander
verbindende Abschnitt 6b kann dabei zur Herstellung der
gewünschten Torsionsweichheit zu einem sichelförmigen
Profil/Querschnitt 6d geformt sein. Hierdurch wird erreicht,
dass die Torsionsachse 6c deutlich außerhalb der
Profilmitte liegt, was sich günstig auf das Gewicht und
somit auf die radbezogene ungefederte Masse auswirkt. Die Aufnahme für
das Gelenk 7 kann dabei auf das besagte Rohr angeschweißt
sein.
-
In
den 11, 12 eine vereinfachte Ausführungsform
dargestellt, bei der auf die Möglichkeit verzichtet wird,
die Räder 2 in Fahrzeuglängsrichtung
L unabhängig von einander zu führen. Damit stellen
die sog. Radträger 1 kein eigenständiges
Bauteil dar, sondern sind einstückig im Verbundlenker 6 oder
im Längsarm 3 geformt, wobei letzterer weiterhin über
eine zumindest bezüglich der Fahrzeug-Querachse drehsteife
Verbindung mit dem Schenkel 6a des Verbundlenkers 6 verbunden
ist. Ein oberer Längslenker wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
(dortige Bezugsziffer 8) ist hier nicht mehr erforderlich.
Der Momentanpol (MP) in der Seitenansicht wird in diesem Fall durch
das vordere, aufbauseitige Lager bzw. Gelenk 4 (= aufbauseitiger
Anlenkpunkt) des Längsarmes 3 bestimmt. Bei konventionellem
Antrieb der Räder lässt sich kein untersteuerndes
kinematisches Wanklenken zusammen mit einem Anfahrnickausgleich
erreichen. Aus diesem Grund ist diese Anordnung, die gegenüber
den vorher beschriebenen Ausführungsformen kostengünstiger
und leichter ist, insbesondere für Hinterachsen geeignet,
die entweder nicht angetrieben sind oder bei denen das Radantriebs-Gegenmoment
am Radträger 1 abgestützt wird, wie bspw. im
Falle von Radnabenmotoren. Die querdynamischen Grundeigenschaften
dieser Achse sind gegenüber den zuvor erläuterten
Varianten jedoch unverändert.
-
Das
bzw. die vorgeschlagene(n) Achskonzept(e) zeichnen sich zusammenfassend
durch folgende Vorteile aus:
Durch die Funktion des Verbundlenkers
wird beim Wanken des Aufbaus erstens der Wankwinkel des Aufbaus
nicht auf die Räder übertragen und es wird zweitens
eine bedeutende Sturzwinkelkomponente relativ zur Fahrbahn vorzugsweise
entgegen der Richtung des Wankwinkels des Aufbaus erzeugt. Diese Änderung
des Sturzwinkels relativ zur Fahrbahn ist an beiden Rädern
gleich groß und gleich gerichtet und verbessert die Seitenführung
der Reifen.
-
Durch
die Einleitung der Reifenseitenkräfte in den Fahrzeug-Aufbau
durch bspw. ein Wattgestänge oder einen Panhard-Stab oder
dgl. hinter dem Radaufstandspunkt wird ein robustes untersteuerndes
Seitenkraftlenken beider Räder erzielt.
-
Das
beschriebene Achskonzept ermöglicht trotz der starren Zuordnung
der Vorspur beider Räder zueinander ein untersteuerndes
Wanklenken bei gleichzeitigem Anfahr- und Bremsnickausgleich.
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Durch
die Entkoppelung von Huben und Wanken, kann ein höheres
Rollzentrum vorgesehen werden, wodurch das Anlenken verbessert wird
und im Falle einer sog. aktiven Wankstabilisierung, bei welcher
bekanntlich in einem geteilten Querstabilisator ein Aktuator vorhanden
ist, welcher die beiden Stabilisatorhälften gegeneinander
verdrehen kann, der Aktuator entlastet wird.
-
Durch
die Möglichkeit, bei den Ausführungsformen nach
den 1–10 einen
hohen Anteil der Längsfederung über die elastische
Lagerung des oberen Längslenkers zu erzielen, können
die Räder unabhängig von einander in Längsrichtung
federn, ohne dass ein Lenkwinkel erzeugt wird. Auf diese Weise,
zusammen mit dem nachfolgenden Punkt, sind die Voraussetzungen für
eine weiche radseitige Längsfederung und den Entfall eines
Hinterachsträgers auch bei hohen Ansprüchen an
den Abrollkomfort gegeben.
-
Durch
die breite aufbauseitige Lagerung der Längsarme und ihre
Anbindung unmittelbar an Karosseriebereiche (des Aufbaus) hoher
Impedanz in Richtung der eingeleiteten Kräfte ergeben sich
günstige Voraussetzungen für den Verzicht auf
einen Hinterachsträger.
-
Die
breite aufbauseitige Anbindung der Längsarme zusammen mit
der Verlagerung eines Großteils der Längsfederung
in die oberen Längslenker ermöglicht eine hohe
Drehsteifigkeit des Achssystems um die Hochachse, so dass asymmetrische Radumfangskräfte
nur ein sehr geringes ungewolltes elastisches Lenken verursachen.
-
Durch
die Konstanz von Spur und Vorspur bei Federbewegungen der Räder
wird die Übertragung der Reifenlängskraft gerade
bei niedrigem Reibwert zwischen Rad bzw. Reifen und Fahrbahn verbessert.
-
Bei
Nutzung des Potentials für ein höheres Rollzentrum
kann die Wanksteifigkeit der Achse reduziert werden, wodurch sich
die Traktion auf unebenen Fahrbahnen verbessert.
-
Das
mögliche höhere Rollzentrum und eine geeignet
ausgewählte Torsionssteifigkeit des Verbundlenkers ermöglicht
in vielen Fällen den Verzicht auf einen separaten Querstabilisator.
-
Falls
jedoch ein Querstabilisator Verwendung findet, kann dieser vorteilhafterweise
die Führungsfunktion der oberen Längslenker übernehmen oder
kann zumindest in günstiger Weise an die oberen Längslenker
oder an die unteren Längsarme angebunden sein.
-
Schließlich
sei noch darauf hingewiesen, dass durchaus eine Vielzahl von Details
(insbesondere konstruktiver Art) abweichend von obigen Erläuterungen
gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche
zu verlassen.
-
- 1
- Radträger
- 2
- Rad
- 3
- Längsarm
- 4
- Gelenk
(zwischen 3 und 5) = aufbauseitiger Anlenkpunkt
- 5
- Fzg.-Aufbau
- 6
- Verbundlenker
- 6a
- Schenkel
(von 6)
- 6b
- die
Schenkel 6a verbindender Abschnitt von 6
- 6c
- Torsionsachse,
die durch den Verbundlenker 6 gebildet wird
- 6d
- Querschnitt
von 6b
- 7
- Gelenk
- 7',
7''
- Gelenk-Buchse
- 7a
- Schwenkachse
- 8
- oberer
Längslenker
- 9
- Panhard-Stab
bzw. Seitenkraft-Führungsorgan (allgemein)
- 9'
- Querlenker
als Seitenkraft-Führungsorgan (in 4)
- 10
- Gelenk-Lager
zwischen 1 und 8
- F
- Fahrtrichtung
- M
- Rad-Mittelpunkt
- MP
- Momentanpol
- L
- Längsrichtung
des Fahrzeugs
- Q
- Querrichtung
des Fahrzeugs
- S
- Fahrbahn
- V
- Vertikalrichtung
des Fahrzeugs
- a
- horizontaler
Abstand zwischen 4 und M (in Seitenansicht)
- b
- horizontaler
Abstand zwischen 6c und M (in Seitenansicht)
- α
- Winkel
zwischen der Verbindungslinie zwischen 6c und 4 sowie
der Horizontalen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DE-Buch von
Dr. Wolfgang Matschinsky mit dem Titel „Radführungen
der Straßenfahrzeuge; Kinematik, Elasto-Kinematik und Konstruktion",
2. Auflage, auf Seite 386 als Bild 14.4 die Hinterachse des Mercedes-Benz-Rennwagens
W125 [0006]