DE102010017813A1

DE102010017813A1 - Querlenker

Info

Publication number: DE102010017813A1
Application number: DE102010017813A
Authority: DE
Inventors: Edmund Halfmann
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: DE102010017813B4; CN102371862A; CN102371862B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Querlenker für eine Radaufhängung, der ein vorderes aufbauseitiges Schwenklager (2) und ein hinteres aufbauseitiges Schwenklager (3) und eine radseitige Anbindungsstelle (7) umfaßt, wobei die Schwenklager (2, 3) als axialweiche und radialharte gummielastische Lager ausgebildet sind und eine aufbauseitige Schwenkachse (23) festlegen. Eine vordere Schwenklagerachse (5) des vorderen aufbauseitigen Schwenklagers (2) und/oder eine hintere Schwenklagerachse (6) des hinteren aufbauseitigen Schwenklagers (3) sind gegenüber der Schwenkachse (23) geneigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Querlenker für eine Radaufhängung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie die Verwendung dieses Querlenkers in einer unabhängigen Radaufhängung für die ungelenkten Räder eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Hinterradaufhängung.
Die drei wesentlichen Parameter zur Lagebestimmung eines Rads eines Kraftfahrzeugs sind Radsturz, und Spur. Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Steuerung des Spurwinkels (Vorspursteuerung) in dem Fall, dass eine im Wesentlichen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs rückwärts gerichtete Kraft (Rückwärtskraft) an einem Rad angreift, wie dies beispielsweise allgemein bei einem Verzögerungsvorgang eines Kraftfahrzeugs und insbesondere bei einem Bremsvorgang der Fall ist.
Bei einem Verzögerungsvorgang und einer infolgedessen an dem Rad wirkenden Rückwärtskraft, die über einen mit dem Rad verbundenen Radträger in eine mit diesem verbundene radseitige Anbindungsstelle des Querlenkers eingeleitet wird, bewegt sich der Querlenker bezüglich des Fahrzeugaufbaus, mit dem er über aufbauseitige gummielastische Lager, insbesondere Schwenklager, verbunden ist, nach hinten. Die gummielastischen Lager, insbesondere die gummielastischen Lagerbuchsen, werden bei dieser Bewegung elastisch verformt.
Die elastische Verformung besitzt sowohl eine Komponente in Längsrichtung der Lagerbuchsen als auch eine Komponente in radialer Richtung zu den Lagerbuchsen. Insbesondere übt die an der radseitigen Anbindungsstelle wirkende Rückwärtskraft bezüglich der aufbauseitigen Lager ein Drehmoment aus, wodurch das in Fahrzeuglängsrichtung gesehen vordere aufbauseitige Lager radial nach außen, das heißt von dem vorderen aufbauseitigen Lager in Richtung der radseitigen Anbindungsstelle, und das in Fahrzeuglängsrichtung gesehen hintere aufbauseitige Lager radial nach innen, das heißt von der radseitigen Anbindungsstelle in Richtung des hinteren aufbauseitigen Lagers, belastet wird. Die elastische Verformung der Lagerbuchsen in radialer Richtung führt im Wesentlichen dazu, dass der Querlenker und folglich das mit ihm verbundene Rad bei einer Rückwärtskraft neben einer linearen Rückwärtsbewegung auch eine Drehbewegung erfährt, die zu einer Vorspur verkleinernden beziehungsweise Nachspur vergrößernden Spurwinkeländerung des Rads führt.
Gattungsgemäße Querlenker sind Gegenstand zahlreicher Veröffentlichungen. So ist beispielsweise aus der EP 0 220 851 B1 ein Querlenker bekannt, der mittels eines an einem aufbauseitigen Schwenklager angebrachten Spurkorrekturglieds den Spurwinkel des an der radseitigen Anbindungsstelle angelenkten Rads in Abhängigkeit einer an dem Rad in Fahrzeuglängsrichtung angreifenden Kraft steuert. Das Spurkorrekturglied ist schwenkbar jeweils einenends mit dem Querlenker selbst verbunden und anderenends mit einem Drehzapfen des aufbauseitigen Schwenklagers.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, für einen Querlenker der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere konstruktiv einfach aufgebaut und geeignet ist, den Spurwinkel eines mit dem Querlenker verbindbaren Rads in Abhängigkeit von einer an diesem Rad beziehungsweise über dieses Rad an einer radseitigen Anbindungsstelle des Querlenkers wirkenden Längskraft, insbesondere einer Rückwärtskraft, zu steuern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Querlenker mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen 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 den Figuren zusätzlich.
Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, eine vordere Schwenklagerachse des vorderen aufbauseitigen Schwenklagers und/oder eine hintere Schwenklagerachse des hinteren aufbauseitigen Schwenklagers gegenüber der durch die Schwenklager festgelegte aufbauseitige Schwenkachse des Querlenkers zu neigen, das heißt die vordere Schwenklagerachse und/oder die hintere Schwenklagerachse sind bezogen auf die aufbauseitige Schwenkachse angestellt, bzw. nicht fluchtend zu diesen angeordnet.
Die aufbauseitige Schwenkachse wird im Wesentlichen durch die Verbindungslinie, die die Zentren der jeweiligen aufbauseitigen Schwenklager miteinander verbindet, festgelegt, wobei als Zentrum eines Schwenklagers ein Punkt verstanden wird, der bezüglich der Breite in der Mitte des Schwenklagers und auf der Schwenklagerachse des zugeordneten Schwenklagers liegt.
In bevorzugter Ausgestaltung weisen die aufbauseitigen Schwenklager gummielastische Lager auf, welche insbesondere in axialer Richtung eine geringere Steifigkeit aufweisen als in radialer Richtung, so dass der Querlenker unter der Wirkung einer bei einem Verzögerungsvorgang, insbesondere einem Bremsvorgang, an einer radseitigen Anbindungsstelle angreifenden rückwärts gerichteten Längskraft das mit der radseitigen Anbindungsstelle verbindbare Rad in Richtung Vorspur schwenken oder zumindest das durch den Verzögerungsvorgang hervorgerufene in Nachspurgehen des Rads deutlich abmildern, worauf im Folgenden noch ausführlicher eingegangen wird.
Als Längskraft wird im Sinne der Erfindung eine Kraft verstanden, die im Wesentlichen entlang der Längsachse des Querlenkers beziehungsweise parallel hierzu wirkt. Die Längsachse ist im Wesentlichen durch die Verbindungslinie festgelegt, die die Zentren der aufbauseitigen Schwenklager miteinander verbindet, wie bereits vorstehend zur Klärung des Begriffs „Schwenkachse” erläutert wurde. Demnach verlaufen die Längsachse des Querlenkers und die aufbauseitige Schwenkachse im Wesentlichen parallel zueinander. Rückwärts gerichtet ist eine Längskraft dann, wenn sie in einer Richtung von dem vorderen aufbauseitigen Schwenklager in Richtung des hinteren aufbauseitigen Schwenklagers wirkt.
Die gummielastischen Lager des erfindungsgemäßen Querlenkers können in an sich bekannter Weise beispielsweise als Gummi-Metall-Lager, insbesondere als Gummi-Metall-Lagerbuchsen ausgebildet sein. Sie können hierfür unterschiedlichste Ausgestaltungen aufweisen, sofern sie in axialer Richtung weicher, das heißt nachgiebiger als in radialer Richtung sind beziehungsweise in radialer Richtung härter, das heißt steifer und weniger nachgiebig als in axialer Richtung sind. Die axiale Verschiebung des gummielastischen Lagers infolge einer an diesem lediglich in einer axialen Richtung wirkenden Kraft ist somit größer als die radiale Verschiebung, die das gummielastische Lager erfährt, wenn an diesem eine Kraft derselben Größe lediglich in radialer Richtung wirkt. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass das Spurverhalten des erfindungsgemäßen Querlenkers selbstverständlich auch durch die elastischen Eigenschaften der gummielastischen Lager mitbestimmt wird.
Durch das gezielte Neigen der vorderen Schwenklagerachse und/oder der hinteren Schwenklagerachse der jeweiligen aufbauseitigen Schwenklager gegenüber der durch diese Schwenklager festgelegten Schwenkachse ist es erfindungsgemäß möglich, die im Nachspursinn orientierte Drehbewegung, die wie eingangs beschrieben durch das von der Rückwärtskraft bezüglich der Schwenklager verursachte Drehmoment hervorgerufen wird, mit einer in einem Vorspursinn orientierten zweiten Drehbewegung zu überlagern. Die vordere Schwenklagerachse und/oder die hintere Schwenklagerachse sind zweckmäßig derart gegenüber der Schwenkachse geneigt bzw. angestellt, dass die durch die Rückwärtskraft verursachte lineare Rückwärtsbewegung des Querlenkers entlang der Schwenklagerachsen zusätzlich zu einer nach innen gerichteten Bewegung des vorderen aufbauseitigen Schwenklagers, das heißt einer im Wesentlichen von der radseitigen Anbindungsstelle zum vorderen aufbauseitigen Schwenklager gerichteten Bewegung, und/oder zu einer nach außen gerichteten Bewegung des hinteren aufbauseitigen Schwenklagers, das heißt einer im Wesentlichen von dem hinteren aufbauseitigen Schwenklager zur radseitigen Anbindungsstelle gerichtete Bewegung, führt. Diese nach innen und/oder außen gerichtete Bewegung der aufbauseitigen Schwenklager ergibt bezüglich des Querlenkers die vorgenannte in einem Vorspursinn orientierte vorteilhafte zweite Drehbewegung.
In Abhängigkeit von dem vorgegebenen Neigungswinkel der vorderen Schwenklagerachse und/oder dem vorgegebenen Neigungswinkel der hinteren Schwenklagerachse gegenüber der Schwenkachse sowie in Abhängigkeit von der wirkenden Rückwärtskraft ermöglicht der erfindungsgemäße Querlenker folglich eine gezielte Vorspursteuerung des mit der radseitigen Anbindungsstelle verbindbaren Rads. Der erfindungsgemäße Querlenker bietet den großen Vorteil, dass zusätzliche, die Radspur korrigierende Bauteile, wie zum Beispiel Spurstangen oder mit dem Querlenker verbundene oder an diesem abgestützte Spurkorrekturglieder oder sonstige zu diesem Zweck vorgesehene Vorrichtung, entfallen können. Der erfindungsgemäße Querlenker erzielt die Spurwinkel korrigierende Wirkung alleine mit den Mitteln, insbesondere mit den aufbauseitigen Schwenklagern, mit denen ein Querlenker in jedem Fall ausgestattet ist. Somit vereinfacht sich der Aufbau des erfindungsgemäßen Querlenkers. Ferner verringern sich durch das Entfallen zusätzlicher Bauteile der für einen Querlenker gemäß der Erfindung erforderliche Bauraum und folglich auch das Gewicht. Alle vorgenannten Vorteile gelten gleichermaßen für eine Radaufhängung, in welcher der Querlenker gemäß der Erfindung einsetzbar ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Querlenkers ist die vordere Schwenklagerachse gegenüber der Schwenkachse um einen ersten Winkel bezüglich einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene, die durch die Schwenkachse und die radseitige Anbindungsstelle festgelegt ist, durch das Zentrum des vorderen aufbauseitigen Schwenklagers verlaufenden vorderen Hochachse geneigt und/oder ist die hintere Schwenklagerachse gegenüber der Schwenkachse um einen zweiten Winkel bezüglich einer durch das Zentrum des hinteren aufbauseitigen Schwenklagers verlaufenden hinteren Hochachse geneigt. Bei dieser Ausgestaltung sind demnach die vordere Schwenklagerachse und/oder die hintere Schwenklagerachse um einen ersten beziehungsweise zweiten Winkel um die vordere beziehungsweise hintere Hochachse gedreht und somit gegenüber der Schwenkachse geneigt. Die vordere und hintere Hochachse (= Drehachsen) sind durch die Haupterstreckungsebene des Querlenkers sowie die Zentren der jeweiligen aufbauseitigen Schwenklager festgelegt.
Bei einer Drehung der vorderen und/oder hinteren Schwenklagerachse um die jeweilige vordere beziehungsweise hintere Hochachse verlaufen die Schwenklagerachsen demnach im Wesentlichen in der Haupterstreckungsebene und sind gegenüber der Schwenkachse in einer Querrichtung geneigt. Als Querrichtung wird hierbei im Wesentlichen die Richtung verstanden, die sich aus der Verbindungslinie zwischen der radseitigen Anbindungsstelle und der Schwenkachse ergibt, wobei die Verbindungslinie die Schwenkachse rechtwinklig schneidet.
Der erste und der zweite Winkel sind unabhängig voneinander und ohne besondere Einschränkung vorgebbar. Gemäß der Erfindung ist unter dem ersten Winkel jener Winkel zu verstehen, der durch die vordere Schwenklagerachse und die aufbauseitige Schwenkachse des Querlenkers eingeschlossen wird, wenn die vordere Schwenklagerachse in einer Draufsicht auf den Querlenker gesehen gegen den Uhrzeigersinn, also im mathematisch positiven Sinn, um die vordere Hochachse gedreht wird. Unter dem zweiten Winkel ist gemäß der Erfindung jener Winkel zu verstehen, der durch die hintere Schwenklagerachse und die aufbauseitige Schwenkachse des Querlenkers eingeschlossen wird, wenn die hintere Schwenklagerachse in einer Draufsicht auf den Querlenker gesehen im Uhrzeigersinn, also im mathematisch negativen Sinn, um die hintere Hochachse gedreht wird.
Die Drehung der vorderen Schwenklagerachse um die vordere Hochachse und/oder die Drehung der hinteren Schwenklagerachse um die hintere Hochachse bietet den Vorteil einer besonders effizienten Spurwinkelsteuerung. Jede lineare Bewegung des Querlenkers entlang der Schwenklagerachsen führt aufgrund der gegenüber der Schwenkachse in Querrichtung geneigten vorderen und/oder hinteren Schwenkachse unmittelbar zu einer Drehbewegung des Querlenkers um eine zu der vorderen und hinteren Hochachse parallelen Drehachse und somit zu einer Veränderung des Spurwinkels eines über die radseitige Anbindungsstelle verbindbaren Rads. Der Fußpunkt dieser Drehachse des Querlenkers, das heißt der Durchstoßpunkt der Drehachse durch die Haupterstreckungsebene des Querlenkers und damit das Drehzentrum des Querlenkers ist mittels des ersten und/oder des zweiten Winkels veränderbar und kann somit an die jeweiligen Auslegungserfordernisse angepasst werden.
Insbesondere läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Querlenker eine Steuerung im Vorspursinn erzielen, wenn der erste und/oder der zweite Winkel jeweils einen spitzen Winkel bilden, das heißt einen Winkel größer 0° und kleiner 90°. Für eine Steuerung im Nachspursinn sind für den ersten und/oder zweiten Winkel stumpfe Winkel zu wählen, das heißt Winkel größer 90° und kleiner 180°.
Für eine besonders günstige Vorspursteuerung des erfindungsgemäßen Querlenkers ist es vorteilhaft, wenn der erste Winkel bevorzugt aus dem Bereich von größer 0° bis etwa 25° gewählt ist, besonders bevorzugt etwa 5° bis etwa 20° und am meisten bevorzugt etwa 10° und/oder der zweite Winkel bevorzugt aus dem Bereich von größer 0° bis etwa 25° gewählt ist, besonders bevorzugt etwa 5° bis etwa 20° und am meisten bevorzugt etwa 10°.
Ferner weisen der erste und der zweite Winkel für einen besonders einfachen Aufbau des Querlenkers bevorzugt jeweils denselben Betrag auf. Insbesondere bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, die Auslegung einer Radaufhängung, in der der erfindungsgemäße Querlenker einsetzbar ist, aufgrund von Symmetrieeigenschaften des Querlenkers zu vereinfachen.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die vordere Schwenklagerachse gegenüber der Schwenkachse um einen dritten Winkel bezüglich einer in der Haupterstreckungsebene und senkrecht zur Schwenkachse durch das Zentrum des vorderen aufbauseitigen Schwenklagers verlaufenden vorderen Querachse geneigt ist und/oder die hintere Schwenklagerachse gegenüber der Schwenkachse um einen vierten Winkel bezüglich einer durch das Zentrum des hinteren aufbauseitigen Schwenklagers verlaufende hinteren Querachse geneigt ist. Bei dieser Ausgestaltung sind demnach die vordere Schwenklagerachse und/oder die hintere Schwenklagerachse um einen dritten beziehungsweise vierten Winkel um die vordere beziehungsweise hintere Querachse gedreht und somit gegenüber der Schwenkachse geneigt. Die vordere und hintere Querachse (= Drehachsen) verlaufen in der Haupterstreckungsebene des Querlenkers und stehen senkrecht auf der aufbauseitigen Schwenkachse und verlaufen jeweils durch das Zentrum des vorderen aufbauseitigen Schwenklagers beziehungsweise des hinteren aufbauseitigen Schwenklagers.
Bei einer Drehung der vorderen und/oder hinteren Schwenklagerachse um die jeweilige vordere beziehungsweise hintere Querachse verlaufen die Schwenklagerachsen demnach im Wesentlichen quer zur Haupterstreckungsebene und sind gegenüber der Schwenkachse in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene geneigt.
Der dritte und der vierte Winkel sind unabhängig voneinander und ohne besondere Einschränkung vorgebbar. Gemäß der Erfindung ist unter dem dritten Winkel jener Winkel zu verstehen, der durch die vordere Schwenklagerachse und die aufbauseitige Schwenkachse des Querlenkers eingeschlossen wird, wenn die vordere Schwenklagerachse in einer Seitenansicht von der radseitigen Anbindungsstelle zum vorderen aufbauseitigen Schwenklager gesehen gegen den Uhrzeigersinn, also im mathematisch positiven Sinn, um die vordere Querachse gedreht wird. Unter dem vierten Winkel ist im Sinne der Erfindung jener Winkel zu verstehen, der durch die hintere Schwenklagerachse und die aufbauseitige Schwenkachse des Querlenkers eingeschlossen wird, wenn die hintere Schwenklagerachse in einer Seitenansicht von der radseitigen Anbindungsstelle zum hinteren aufbauseitigen Schwenklager gesehen im Uhrzeigersinn, also im mathematisch negativen Sinn, um die hintere Querachse gedreht wird.
Die Drehung der vorderen Schwenklagerachse um die vordere Querachse und/oder die Drehung der hinteren Schwenklagerachse um die hintere Querachse bietet den Vorteil eines zusätzlichen Freiheitsgrads bei der Bewegungsauslegung des erfindungsgemäßen Querlenkers.
Bevorzugt ist der dritte Winkel aus dem Bereich von größer 0° bis etwa 25° gewählt ist, besonders bevorzugt etwa 5° bis etwa 20° und am meisten bevorzugt etwa 6°. Bevorzugt ist der vierte Winkel aus dem Bereich von größer 0° bis etwa 25° gewählt ist, besonders bevorzugt etwa 5° bis etwa 20° und am meisten bevorzugt etwa 6°.
Ferner weisen der dritte und der vierte Winkel für einen besonders einfachen Aufbau des Querlenkers bevorzugt jeweils denselben Betrag auf. Insbesondere bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, die Auslegung einer Radaufhängung, in der der erfindungsgemäße Querlenker einsetzbar ist, aufgrund von Symmetrieeigenschaften des Querlenkers zu vereinfachen.
Besonders vorteilhaft weisen die gummielastischen Lager eine wesentlich kleinere Axialsteifigkeit als Radialsteifigkeit auf. Insbesondere beträgt das Steifigkeitsverhältnis axial zu radial bevorzugt etwa 1:10. Dies ermöglicht die gezielte Vorspursteuerung durch Ausnutzen der axialen Verschiebung in den gummielastischen Lagern, wenn auf diese eine Kraft im Wesentlichen in Längsrichtung, das heißt in Axialrichtung wirkt.
Ferner können die gummielastischen Lager des vorderen und hinteren aufbauseitigen Schwenklagers unterschiedlich bezüglich ihrer axialen und/oder radialen Steifigkeit ausgelegt sein. So läßt sich das Spurverhalten des erfindungsgemäßen Querlenkers in einem breiten Bereich auch durch Vorgeben der elastischen Eigenschaften der gummielastischen Lager variieren.
Besonders vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Querlenker aufgrund seines einfachen Aufbaus in einer Radaufhängung für ungelenkte Räder eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Hinterradaufhängung, einsetzbar. Zu diesem Zweck sind an der radseitigen Anbindungsstelle ein vorderes radseitiges Schwenklager und ein hinteres radseitiges Schwenklager vorgesehen. Das vordere radseitige Schwenklager und das hintere radseitige Schwenklager legen eine radseitige Schwenkachse fest. Mit den radseitigen Schwenklagern ist ein Radträger schwenkbar verbindbar.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Querlenkers in einer Hinterradaufhängung eines Kraftfahrzeugs bietet den großen Vorteil, dass die Vorspur korrigierende Eigenschaft des erfindungsgemäßen Querlenkers im Verzögerungsfall einer Übersteuertendenz der Hinterachse entgegenwirkt.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten, nicht einschränkend zu verstehenden bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Querlenkers,
2 eine Draufsicht des Querlenkers aus 1,
3 eine Rückansicht des Querlenkers aus 1,
4A und 4B eine schematische Darstellung der Auswirkung einer an einem Rad angreifenden Längskraft auf einen Querlenker des Standes der Technik im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Querlenker, und
5 ein Diagramm, welche den Effekt der Drehung um die Hochachse beim Bremsen zeigt.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
In den 1 bis 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen. Querlenkers 1 in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. Der Querlenker 1 weist aufbauseitig ein vorderes Schwenklager 2 sowie ein hinteres Schwenklager 3 auf. In den Schwenklagern 2, 3 sind beispielhaft gummielastische Elemente 4, insbesondere zylinderförmige gummielastische Buchsen 4, beispielsweise Gummi-Metall-Buchsen, aufgenommen. Über die gummielastischen Buchsen 4 bzw. über die Schwenklager 2, 3 ist der Querlenker 1 an einem nicht in den Figuren dargestellten Fahrzeugaufbau beziehungsweise Hilfsrahmen schwenkbar anbindbar.
Die Längsachse der gummielastischen Buchse 4 des vorderen Schwenklagers 2 definiert die vordere Schwenklagerachse 5 und die Längsachse der gummielastischen Buchse 4 des hinteren Schwenklagers 2 definiert die hintere Schwenklagerachse 6 (2). Die gummielastischen Buchsen 4 sind in axialer Richtung weich und in radialer Richtung hart ausgebildet. Insbesondere sind die gummielastischen Buchsen 4 in axialer Richtung wesentlich weicher ausgebildet als in radialer Richtung, so dass ihr Steifigkeitsverhältnis axial zu radial etwa 1:10 beträgt.
In seinem mittleren Abschnitt weist der Querlenker 1 jeweils Aufnahmemittel für eine Schraubenfeder 8 und ein Dämpfungselement 9 auf. Die Schraubenfeder 8 sowie das Dämpfungselement 9 sind mit ihren dem Querlenker 1 abgewandten Enden mit einem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau beziehungsweise Hilfsrahmen verbindbar.
Radseitig sind an dem Querlenker 1 ein vorderes radseitiges Schwenklager 10 und ein hinteres radseitiges Schwenklager 11 vorgesehen. Die radseitigen Schwenklager 10, 11 bilden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die radseitige Anbindungsstelle 7 des Querlenkers 1. In den Schwenklagern 10 und 11 sind typischerweise ähnliche gummielastische Buchsen aufgenommen wie in den Schwenklagern 2 und 3. Ein derart ausgeführter Querlenker 1 wird auch als Trapezlenker bezeichnet.
Die Schwenklagerachsen der radseitigen Schwenklager 10, 11 sind im Wesentlichen miteinander fluchtend ausgerichtet und lagern schwenkbar jeweils einen vorderen Anbindungsschenkel 13 beziehungsweise einen hinteren Anbindungsschenkel 14 eines Radträgers 12. An seinem oberen Anbindungsschenkel 15 ist der Radträger 12 ebenfalls schwenkbar an einem oberen, im Wesentlichen U-förmigen Stablenker 16 abgestützt. Der Stablenker 16 ist an seinem dem Radträger 12 abgewandten Ende schwenkbar mit dem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau beziehungsweise dem Hilfsrahmen verbindbar. Mit dem Radträger 12 ist ein in den 4A und 4B dargestelltes Rad 17 eines Kraftfahrzeugs drehbar verbindbar. Selbstverständlich ist möglich, die zuvor genannte Schraubenfeder 8 und das Dämpfungselement 9 an dem Radträger 12 anzuordnen.
In 2 ist die durch die Zentren des vorderen und hinteren aufbauseitigen Schwenklagers 2, 3 verlaufende aufbauseitige Schwenkachse 23 des Querlenkers 1 zu erkennen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel schließt die vordere Schwenklagerachse 5 einen ersten Winkel 30 mit der Schwenkachse 23 ein. Die vordere Schwenklagerachse 5 verläuft im Wesentlichen in der in 3 erkennbaren Haupterstreckungsebene 22 und ist um die ebenfalls in 3 sichtbare vordere Hochachse 25 gegen den Uhrzeigersinn gedreht und somit gegenüber der Schwenkachse 23 geneigt. In ähnlicher Weise ist die hintere Schwenklagerachse 6 um die hintere Hochachse 26 im Uhrzeigersinn gedreht und schließt somit einen zweiten Winkel 31 mit der Schwenkachse 23 ein. Auch die hintere Schwenklagerachse 6 verläuft in der Haupterstreckungsebene 22 des Querlenkers 1 und ist lediglich bezüglich der hinteren Hochachse 26 gegenüber der Schwenkachse 23 geneigt.
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Querlenkers 1 weisen der erste Winkel 30 und der zweite Winkel 31 im Wesentlichen denselben Betrag, bevorzugt jeweils denselben Betrag auf. Die Verlängerungen ihrer jeweiligen Schwenklagerachsen 5, 6 schneiden sich in einem Punkt, der in der Draufsicht gesehen seitlich versetzt zur Radachse 18 liegt.
Da die Schwenklagerachsen 5, 6 im Wesentlichen in der Haupterstreckungsebene 22 verlaufen, wie vorstehend bereits beschrieben wurde, folgt für das dargestellte Ausführungsbeispiel des Querlenkers 1, dass die nicht dargestellten dritten und vierten Winkel einen Betrag von bevorzugt 0° aufweisen. Die Schwenklagerachsen 5, 6 können jedoch auch um die in 2 dargestellten Querachsen 27 beziehungsweise 28 aus der Haupterstreckungsebene 22 gedreht und auch in dieser Richtung gegen die Schwenkachse 23 geneigt sein. Mit der Erfindung ist vorteilhaft möglich, die Schwenklager mit ihren Schwenklagerachsen 5, 6 bzw. die gummielastischen Buchsen 4 mit dem ersten und zweiten Winkel 30, 31 und/oder mit dem dritten und vierten Winkel zur Schwenklagerachse 23 anzustellen.
Wie ferner in 2 zu erkennen ist, ist das vordere aufbauseitige Schwenklager 2 in Längserstreckungsrichtung 20 gesehen weiter entfernt von der Radachse 18 angeordnet als das vordere radseitige Schwenklager 10. Ferner ist das hintere aufbauseitige Schwenklager 3 in Längserstreckungsrichtung 20 gesehen weiter von der Radachse 18 entfernt angeordnet als das hintere radseitige Schwenklager 11.
Darüber hinaus verläuft die aufbauseitige Schwenkachse 23 im Wesentlichen parallel zu der radseitigen Schwenkachse 24.
Die 4A und 4B stellen schematisch die Auswirkung einer an dem Rad 17 angreifenden Längskraft 33, insbesondere einer rückwärts gerichteten Bremskraft, sowohl bei einem Querlenker 34, der die Merkmale gemäß der Erfindung nicht aufweist, als auch bei dem erfindungsgemäßen Querlenker 1 vergleichend dar. Der in 4A dargestellte Querlenker 34 unterscheidet sich von dem in 4B dargestellten erfindungsgemäßen Querlenker 1 durch die Orientierung seines vorderen aufbauseitigen Schwenklagers 35 und seines hinteren aufbauseitigen Schwenklagers 36. Bei dem Querlenker 34 fluchten die vordere Schwenklagerachse 37 und die hintere Schwenklagerachse 38 im Unterschied zum erfindungsgemäßen Querlenker 1 mit der Schwenkachse 23. Alle weiteren Merkmale des Querlenkers 34 sind ansonsten identisch zu jenen des in den 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Querlenkers 1.
Sowohl die Schwenklager 2, 3 und die Schwenklager 10 und 11 des Querlenkers 1 als auch die Schwenklager 35, 36 des Querlenkers 34 weisen gummielastisch Buchsen 4 auf. Die gummielastischen Buchsen 4 weisen ebenfalls die bereits zuvor beschriebenen elastischen Eigenschaften insbesondere hinsichtlich ihrer axialen und radialen Steifigkeit auf, das heißt sie sind in radialer Richtung wesentlich steifer ausgebildet als in axialer Richtung.
Wenn nun, wie in 4A schematisch dargestellt ist, eine Bremskraft 33 an dem Rad 17 in Pfeilrichtung angreift, wird das vordere aufbauseitige Schwenklager 35 radial nach außen gezogen und das hintere aufbauseitige Schwenklager 36 radial nach innen gedrückt, wie durch entsprechende Pfeile an den jeweiligen Schwenklagern 35, 36 verdeutlicht ist. Außerdem bewegen sich die aufbauseitigen Schwenklager 35, 36 entlang der Schwenkachse 23 nach hinten, wie ebenfalls durch entsprechende Pfeile verdeutlicht ist. Die radiale Belastung der Schwenklager 35, 36 und damit der gummielastischen Buchsen 4 führt zu einer Drehbewegung des Querlenkers 34, die in der Zeichnungsebene gegen den Uhrzeigersinn orientiert ist, und somit zu einer Spurwinkelverstellung 39 des Rads 17 im Nachspursinn.
In 4B ist derselbe Verzögerungsvorgang wie in 4A schematisch dargestellt. Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Querlenker 1 das vordere aufbauseitige Schwenklager 2 und das hintere aufbauseitige Schwenklager 3 erfindungsgemäß gegenüber der Schwenkachse 23 geneigt sind, wie bereits zu den 1 bis 3 erläutert wurde, bewegt sich das vordere Schwenklager 2 bei der am Rad 17 angreifenden Bremskraft 33 im Wesentlichen entlang seiner Schwenklagerachse 5 nach hinten innen, wie durch einen entsprechenden Pfeil am vorderen Schwenklager 2 verdeutlicht ist. Das hintere Schwenklager 3 bewegt sich hingegen nach hinten außen, wie ebenfalls durch einen entsprechenden Pfeil dargestellt ist. Diese axiale Bewegung entlang der Schwenklagerachsen 5, 6 der Schwenklager 2, 3 führt zu einer Drehbewegung des Querlenkers 1, die in der Zeichnungsebene im Uhrzeigersinn orientiert ist, das heißt zu einer Drehbewegung, die zu einer Spurwinkelverstellung des Rads 17 im Vorspursinn führt. Diese Drehbewegung im Vorspursinn ist von der Drehbewegung im Nachspursinn überlagert, die aus dem in 4A beschriebenen Fall bereits bekannt ist, da das vordere aufbauseitige Schwenklager 2 ebenfalls radial nach außen und das hintere aufbauseitige Schwenklager 3 radial nach innen gedrückt wird. Insgesamt ergibt sich damit in dem in 4B dargestellten Fall eine korrigierte Spurwinkelverstellung 40 des Rads 17, die wenigstens kleiner ist als die unkorrigierte Spurwinkelverstellung 39 des in 4A dargestellten Querlenkers 34. Durch geeignete Auslegung von elastischen Eigenschaften der gummielastischen Buchsen 4 sowie durch geeignetes Vorgeben des ersten und zweiten Winkels 30, 31 ist auch eine Drehbewegung im Vorspursinn des Querlenkers 1 in dem in 4B dargestellten Verzögerungsfall erzielbar, die die Drehbewegung im Nachspursinn mehr als kompensiert und damit zu einer Spurwinkelverstellung des Rads 17 in Vorspur führt.
Mit dem in den 1 bis 4 dargestellten Querlenker 1 läßt sich das Spurverhalten des Rads 17 in einem breiten Bereich durch Vorgeben der ersten und zweiten Winkel 30, 31 sowie der elastischen Eigenschaften der gummielastischen Buchsen 4 variieren.
In bevorzugter Ausführung ist der Querlenker 1 als unterer Trapezlenker einer Radaufhängung für die ungelenkten. Räder eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Hinterradaufhängung, ausgebildet.
In 5 ist der mit der Erfindung erzielbare Effekt der Drehung um die Hochachse beim Bremsen beispielhaft als CAE-Simulation dargestellt, also ein Bremskraftlenken in Abhängigkeit der Verdrehung der inneren Schwenklager 2 und 3. Die X-Achse stellt die Drehung der Buchsen bzw. Schwenklager um die Hochachse (Anstellwinkel) in [°] dar. Beide Buchsen bzw. Schwenklager wurden um denselben Betrag verändert. Die Y-Achse stellt das Spurverhalten beim Bremsen (Bremskraftlenken) in [°/KN] dar. Es kann gezeigt werden, dass die Drehung einen vorteilhaften Effekt hat, und, dass es einen optimalen Winkel von ungefähr 11° gibt (Pfeil 41), wobei der Pfeil 42 ein „weniger übersteuern” darstellt. Der beispielhafte, optimale Betrag gilt für einen festgelegten Abstand der Schwenklager 2 und 3 untereinander, als auch dem Abstand der Schwenkachsen 23 und 24. Bei Änderung dieser geometrischen Verhältnisse wird sich ein etwas anderer, optimaler Winkel ergeben. Der im Sinne der Erfindung gezeigte Effekt bleibt bestehen.
Es liegt im Sinne der Erfindung, wenn die vorderen und hinteren radseitigen Schwenklager 10 bzw. 11 entsprechend angestellt werden, um die mit der Erfindung erzielbaren Effekte erreichen zu können. Insofern können entweder die hinteren Schwenklager 2 bzw. 3 in Abstimmung mit den radseitigen Schwenklagern 10 bzw. 11 entsprechend angestellt, oder die jeweiligen Schwenklager 2 bzw. 3 oder 10 bzw. 11 für sich angestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Querlenker
2: Vorderes aufbauseitiges Schwenklager
3: Hinteres aufbauseitiges Schwenklager
4: Gummielastische Buchsen
5: Vordere Schwenklagerachse
6: Hintere Schwenklagerachse
7: Radseitige Anbindungsstelle
8: Schraubenfeder
9: Dämpfungselement
10: Vorderes radseitiges Schwenklager
11: Hinteres radseitiges Schwenklager
12: Radträger
13: Vorderer Anbindungsschenkel
14: Hinterer Anbindungsschenkel
15: Oberer Anbindungsschenkel
16: Oberer Stablenker
17: Rad
18: Radachse
19
20: Längserstreckungsrichtung
21: Quererstreckungsrichtung
22: Haupterstreckungsebene
23: Aufbauseitige Schwenkachse
24: Radseitige Schwenkachse
25: Vordere Hochachse
26: Hintere Hochachse
27: Vordere Querachse
28: Hintere Querachse
29
30: Erster Winkel
31: Zweiter Winkel
32
33: Längskraft, Bremskraft
34: Zweiter Querlenker
35: Vorderes aufbauseitiges Schwenklager
36: Hinteres aufbauseitiges Schwenklager
37: Vordere Schwenklagerachse
38: Hintere Schwenklagerachse
39: Unkorrigierte Spurwinkelverstellung
40: Korrigierte Spurwinkelverstellung
41: Pfeil (beispielhafter, optimaler Anstellwinkel)
42: Pfeil „weniger Übersteuern”

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0220851 B1 [0005]

Claims

Querlenker für eine Radaufhängung umfassend ein vorderes aufbauseitiges Schwenklager (2) und ein hinteres aufbauseitiges Schwenklager (3) und eine radseitige Anbindungsstelle (7), wobei die Schwenklager (2, 3) eine aufbauseitige Schwenkachse (23) festlegen, dadurch gekennzeichnet, dass eine vordere Schwenklagerachse (5) des vorderen aufbauseitigen Schwenklagers (2) und/oder eine hintere Schwenklagerachse (6) des hinteren aufbauseitigen Schwenklagers (3) gegenüber der Schwenkachse (23) geneigt sind.
Querlenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Schwenklagerachse (5) gegenüber der Schwenkachse (23) um einen ersten Winkel (30) bezüglich einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene, die durch die Schwenkachse (23) und die radseitige Anbindungsstelle (7) festgelegt ist, durch das Zentrum des vorderen aufbauseitigen Schwenklagers (2) verlaufenden vorderen Hochachse (25) geneigt ist und/oder die hintere Schwenklagerachse (6) gegenüber der Schwenkachse (23) um einen zweiten Winkel (31) bezüglich einer durch das Zentrum des hinteren aufbauseitigen Schwenklagers (3) verlaufenden hinteren Hochachse (26) geneigt ist.
Querlenker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkel (30) und/oder der zweite Winkel (31) spitze Winkel sind.
Querlenker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkel (30) und der zweite Winkel (31) denselben Betrag aufweisen.
Querlenker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Schwenklagerachse (5) gegenüber der Schwenkachse (23) um einen dritten Winkel bezüglich einer in der Haupterstreckungsebene und senkrecht zur Schwenkachse (23) durch das Zentrum des vorderen aufbauseitigen Schwenklagers (2) verlaufenden vorderen Querachse (27) geneigt ist und/oder die hintere Schwenklagerachse (6) gegenüber der Schwenkachse (23) um einen vierten Winkel bezüglich einer durch das Zentrum des hinteren aufbauseitigen Schwenklagers verlaufenden hinteren Querachse (28) geneigt ist.
Querlenker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Winkel und der vierte Winkel denselben Betrag aufweisen.
Querlenker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch gummielastische Buchsen (4), deren Axialsteifigkeit wesentlich kleiner ist als deren Radialsteifigkeit, wobei das Steifigkeitsverhältnis axial zu radial bevorzugt etwa 1:10 beträgt.
Querlenker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der radseitigen Anbindungsstelle (7) ein vorderes radseitiges Schwenklager (10) und ein hinteres radseitiges Schwenklager (11) vorgesehen sind, wobei das vordere und das hintere radseitige Schwenklager (10, 11) eine radseitige Schwenkachse (24) festlegen.
Verwendung des Querlenkers nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer unabhängigen Radaufhängung für die ungelenkten Räder eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Hinterradaufhängung.