Technisches Umfeld

Die Erfindung betrifft eine Hinterachslagerung für ein Kraftfahrzeug, bei der jedes Rad an einem Radträgerelement gelagert ist, welches an einem an der Karosserie in einer im Wesentlichen horizontal angeordneten Achse drehbar gelagerten Lenker um eine im Wesentlichen vertikale Lenkachse schwenkbar ist.

Stand der Technik

Zu Erhöhung der Fahrsicherheit ist es seit längerem in der Kraftfahrzeugtechnik üblich, Hinterachslagerungen so zu konstruieren, dass die Hinterräder in Abhängigkeit bestimmter Fahrsituationen ein Eigenlenkverhalten ausbilden, durch welches die Fahrstabilität des Fahrzeuges insbesondere bei Kurvenfahrten oder in Fällen von Notbremsungen verbessert werden soll. Das Eigenlenkverhalten derartiger Hinterachslagerungen kann dabei durch aktive Steuerelemente, wie Motoren oder dergleichen, oder als so genannte passive Unterstützung mittels Spurstangen oder ähnlicher Bauelemente herbeigeführt werden.

So ist beispielsweise aus der DE 39 12 520 Al eine Hinterachse für ein Kraftfahrzeug mit den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruches 1 offenbart. Das so genannte Eigenlenkverhalten wird bei der in dieser Schrift beschriebenen Hinterachse dadurch erzielt, dass das direkt auf der Kreuzungslinie von Lenkermittelachse und Radachse drehbar gelagerte Radträgerelement mittels eines Stellgliedes schwenkbar ist, welches durch eine zumindest in etwa in Fahrtrichtung weisende Spurstange gebildet ist, die mittels eines elastischen Spurstangenlagers mit dem Fahrzeugunterbau oder einem daran befestigten Bauteil Verbindung hat, wobei das elastische Spurstangenlager in Längsrichtung der Spurstange nachgiebig ausgebildet ist. Durch die geschilderte Konstruktion kann jedes Rad der gattungsgemäßen Hinterachse je nach Kurvenfahrt in eine Vorspurstellung gebracht werden, wobei die Größe der Vorspur jeweils von der Ausbildung des elastischen Spurstangenlagers abhängig ist.

Somit ist es prinzipiell möglich, das Spurverhalten des kurvenäußeren Rades bei einer Einfederung dahingehend zu beeinflussen, dass das Rad in Vorspur gebracht wird. Nachteilig bei der Konstruktion entsprechend der DE 39 12 520 Al ist es, dass die Gesamtkonstruktion zur Herbeiführung der notwendigen Stellkräfte für eine Eigenlenkbewegung des jeweiligen Hinterrades zahlreiche Bauteile wie Spurstange und Lagerungsbauteile bedingt.

Aufgabe der Erfindung

Es ist daher ausgehend von dem bestehenden Stand der Technik Aufgabe der Erfindung, eine Achslagerung der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass die zugehörigen Räder bei Kurvenfahrten und Bremsvorgängen des Kraftfahrzeuges eine Mitlenkbewegung ausführen, ohne dass hierzu durch Fremdenergie zu betätigende Stellelemente erforderlich sind und ohne dass konstruktiv aufwendige passive Bauelemente zur Bereitstellung der Stellkräfte bereitgestellt werden müssen.

Lösung der Aufgabe

Die gestellte Aufgabe wird erfindungs gemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 offenbarte technische Lehre gelöst.

Erfindungswesentlich dabei ist es, dass die Mittellinie der Lenkachse senkrecht zur durch die Radachse und die Lenkermittelachse aufgespannten Fahrzeughorizontalebene außerhalb des Bereiches des Kreuzungspunktes von Radachse und Lenkermittelachse angeordnet ist.

Durch diese spezielle Ausgestaltung entsteht zwischen dem jeweiligen rechten oder linken Lenker der Hinterradlagerung und dem drehbar an diesem festgelegten Radträgerelement ein Hebelarm für die am Rad angreifenden Längs- und Querkräfte, die bei Kurvenfahrten und Bremsvorgängen hervorgerufen werden, so dass ohne weitere Hilfsmittel allein durch die Hebelarmwirkung der angreifenden Kräfte eine Drehung des Radträgerelementes um die Lenkachse hervorgerufen wird.

Zusätzliche besondere Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich in Zusammenschau mit der technischen Lehre des Anspruches 1 zusätzlich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Für den Einsatz der Erfindung bei Hinterachsen und insbesondere bei Verbundlenkerhinterachskonstruktionen hat es sich zur Erzeugung einer Vorspurstellung des kurvenäusseren Rades bei einer Einfederung als zweckmäßig erwiesen, die Mittellinie der Lenkachse in Fahrtrichtung hinter dem jeweiligen Radaufstandspunkt jedes zugehörigen Rades auf der Fahrbahn anzuordnen.

Zur Verbesserung des Sicherheitsverhaltens bei starken Bremsungen ist es darüberhinaus vorteilhaft, wenn die Mittellinie der Lenkachse im Bereich außerhalb der in Geradeaus Stellung des Rades gegebenen senkrecht zur Fahrbahnebene verlaufenden Radmittelebene angeordnet ist. Durch diese konstruktive Gestaltung wird auch bei Geradeausfahrt im Falle von Bremsungen eine entsprechende Auslenkung oder Vorspur des Hinterrades durch die am Rad angreifenden Kräfte erzeugt.

Es hat sich darüber hinaus als vorteilhaft erwiesen, wenn das Radträgerelement eine Anschlagnase aufweist, welche in Geradeaus Stellung des Rades an einem korrespondierenden Lenkeranschlag des Lenkers anliegt. Die Anlage der Anschlagnase kann dabei durch eine Druckfeder unterstützt werden. Die geschilderte konstruktive Gestaltung verhindert je nach Lage von Anschlagnase und Lenkeranschlag, dass das jeweilige Rad in eine unerwünschte Nachspursteilung gelangt, was sich negativ auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges auswirken würde.

Allgemein lässt sich sagen, dass durch die Lagewahl der Mittelachse der Lenkachse ein individuelles Vorspur- oder Nachspurverhalten des betreffenden Rades bei Kurvenfahrt oder Bremsvorgängen herbeigeführt werden kann. Zusätzlich lassen sich durch die Wahl von Vorspannung und Federsteifigkeit der eingesetzten Druckfeder sowie die Lage der Kontaktpunkte zwischen Anschlagnase und Lenkeranschlag das Eigenlenkverhalten der gattungsgemäßen Hinterachslagerung individuell an das Gesamtfahrverhalten des Fahrzeuges anpassen. Die Erfindung kann grundsätzlich bei unterschiedlichen Achstypen eingesetzt werden, sie wirkt sich jedoch bei Verbundlenkerachsen aufgrund ihres Mitlenkverhaltens besonders positiv aus.

Figurenbeschreibung :

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Figur 1 eine geometrische Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Achslagerung am

Beispiel einer Hinterradverbundlenkerachse,

Figur 2 die geometrische Prinzipskizze aus Figur 1 bei Kurvenfahrt des Fahrzeuges, Figur 3 eine perspektivische Bauteildarstellung wesentlicher Elemente der erfindungsgemäßen Achslagerung Figur 4 eine Schnittdarstellung durch das Ausführungsbeispiel der Figur 3 mit zusätzlich auf dem Achsschenkel angeordnetem Radflansch Figur 5 eine Schnittdarstellung analog dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 bei veränderter Position der Lenkachse.

In der geometrischen Prinzipdarstellung der Figur 1 einer erfindungsgemäßen Achslagerung für ein Kraftfahrzeug ist die Erfindung anhand einer Verbundlenkerachse dargestellt. Zur Abgrenzung der Bauteile auf der linken und rechten Seite der Verbundlenkerachse sind auf der rechten Seite alle Bezugsziffern zusätzlich mit dem Buchstaben „A" versehen.

Die Verbundlenkerachse der Figur 1 weist dabei einen quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Verbundlenker 5 auf, an dem in beiden Endbereichen jeweils ein Lenker 2, 2A, im Wesentlichen rechtwinklig entgegen der Fahrtrichtung R nach hinten weisend angeordnet sind. Die Lenker 2, 2A sind mittels zweier Lagerstellen 4, 4A auf einer horizontalen Achse drehbar gelagert, so dass die an den jeweiligen Lenkern 2, 2A angeordneten Räder 1, IA entsprechende vertikale Federbewegungen ausführen können.

An den beiden Lenkern 2, 2A ist von der Fahrzeugmitte nach außen gesehen jeweils ein Radträgerelement 6, 6A angeordnet, wobei das jeweilige Redträgerelement 6, 6A am Lenker 2, 2A in einer im wesentlichen vertikal angeordneten Lenkachse 7, 7 A drehbar gelagert. Am jeweiligen Radträgerelement 6, 6A befindet sich ein Achsschenkel 9, 9A, an dem die Räder 1 bzw. IA drehbar angeordnet sind.

Die Räder 1, IA besitzen, wie aus der Figur 1 ersichtlich, jeweils Radaufstandspunkte 8, 8A, an denen die Räder in Kontakt mit der Fahrbahn stehen. Die Radaufstandspunkte 8, 8A sind in der Darstellung der Figuren 1 und 2 der Einfachheit halber in dem Kreuzungspunkt zwischen senkrechter Mittelebene 13 des Rades (1, IA) und der Radachse 14 gezeichnet, wobei sich je nach Fahrzeug und Fahrzustand geringfügige Verlagerungen der Radaufstandspunkte 8, 8A ergeben können. Diese Verlagerungen sind jedoch für die Erläuterung der erfindungswesentlichen Lehre unbedeutend.

Aus der Zeichnung der Figur 1 ist darüber hinaus ersichtlich, dass das mit den Achsschenkeln 9 bzw. 9A versehene Radträgerelement 6, 6A mit einer Anschlagnase 10, 10A versehen ist, die in Geradeaus Stellung der Räder an einem korrespondierenden Lenkeranschlag 12, 12A zur Anlage kommt. Die Anlage der Anschlagnase 10, 10A am Lenkeranschlag 12, 12A wird durch eine Druckfeder 11, IIA unterstützt.

Die Mittellinie der Lenkachsen 7, 7 A ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ) senkrecht zur durch die Radachse (14) und die Lenkermittelachsen (15, 15A) aufgespannten Fahrzeughorizontalebene außerhalb des Bereiches des Kreuzungspunktes von Radachse 14 und Lenkermittelachse 15, 15A angeordnet.

Zur Verdeutlichung der erfindungs gemäßen Lehre wurde für das Ausführungsbeispiel diejenige konstruktive Gestaltung gewählt, bei der durch die am Rad angreifenden Längskräfte F _L und Querkräfte F _Q eine selbsttätig sich einstellende Vorspurstellung der Räder 1 und IA hervorgerufen wird. Zu diesem Zweck sind die Mittellinien der Längsachsen 7 bzw. 7A sowohl in Fahrtrichtung gesehen hinter dem Radaufstandspunkt 8, 8A jedes zugehörigen Rades 1, IA auf der Fahrbahn angeordnet als auch im Bereich außerhalb der in Geradeaus Stellung der Räder 1, IA gegebenen senkrechten Radmittelebene 13, 13A. Durch die Lagewahl der Lenkachsen entsteht für die bei Kurvenfahrt und beim Bremsen auf die Räder 1, IA wirkenden Kräfte ein größtmöglicher Hebelarm, der zu einer verschieden großen Vorspureinstellung je nach Lenkausschlag und Kurvenfahrt führt.

Zur Verdeutlichung ist in der Figur 2 das Eigenlenkverhalten der erfindungsgemäßen Achslagerung im Falle einer Kurvenfahrt in Richtung des Pfeiles Q dargestellt.

Durch die Kurvenfahrt wirken auf das kurvenäußere hintere Rad 1 die in der Zeichnung dargestellten Längskräfte F _L und Querkräfte F _Q . ES ist anschaulich, dass durch die Wahl der Lage der Lenkachse 7 ein entsprechender Hebelarm für die Kräfte F _L und F _Q entsteht, welcher zu einer Auslenkung des Radträgerelementes 6 und somit des daran angeordneten Rades 1 in eine Vorspurstellung führt. Als Vorspurstellung bezeichnet man dabei eine Stellung der Räder mit ihrer Vorderseite in Fahrtrichtung nach innen. Demgegenüber wir als Nachspursteilung eine Stellung der Vorderseite der Räder in Fahrtrichtung nach außen bezeichnet.

Durch die Tatsache, dass zwischen Radträgerelement 6 und Lenker 2 durch die aus Anschlagnase 10 und Lenkeranschlag 12 bestehende Dreh winkelbegrenzungs Vorrichtung eine maximale Vorspur von beispielsweise 2° erzeugt werden kann, ist das Eigenlenkverhalten des Rades 1 entsprechend der Lagewahl von Anschlagnase 10 und Lenkeranschlag 12 einstellbar.

Darüber hinaus kann durch die Wahl von Vorspannung und Federsteifigkeit der Druckfeder 11 das Eigenlenkverhalten in Abhängigkeit der Kräfte F _L und F _Q beeinflusst und an das Gesamtfahrverhalten des Fahrzeuges angepasst werden.

Aus den Figuren 1 und 2 wird deutlich, dass die Lage der Lenkachse 7 bzw. 7A wesentlich ist für die Tatsache, ob das an der erfindungs gemäßen Achslagerung angeordnete Rad bei Kurvenfahrt und/oder Bremsvorgängen eine Vorspurstellung oder eine Nachspursteilung einnimmt. Eine Nachspursteilung wäre in der Darstellung der Figuren 1 und 2 beispielsweise dann für die Räder 1 bzw. IA gegeben, wenn die Mittellinie der Lenkachsen 7, 7 A in einer Lage in Fahrtrichtung gesehen vor dem Radauf Standspunkt des jeweils zugehörigen Rades auf der Fahrbahn angeordnet wären.

Eine zusätzliche Verstärkung des Eigenlenkverhaltens kann darüber hinaus dadurch herbeigeführt werden, wenn die Mittellinie der Lenkachse im Bereich zwischen den Lenkermittelachsen 15 und 15A gegeben wäre.

Eine konkrete Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Achslagerung ist für das in den Figuren 1 und 2 mit 1 bezeichnete Rad in den Figuren 3 und 4 dargestellt.

Die Bezifferung dieser Figuren entspricht denen der Figur 1 und 2. Es ist zu beachten, dass aus Gründen der Übersichtlichkeit der Radflansch 16 für die Verschraubung des Rades 1 in der Figur 3 weggelassen wurde. Aus den Figuren wird deutlich, dass die Achskonstruktion als Verbundlenkerachse ausgebildet ist und einen Verbundlenker 5 aufweist, an den im Wesentlichen rechtwinklig an beiden Seiten jeweils ein Lenker 2, 2A angeschweißt ist.

Am Lenker 2 wiederum ist eine Trägerplatte 17 angeschweißt, die als Halterung für die im Wesentlichen vertikal angeordnete Lenkachse 7 dient. Mittels der Lenkachse 7 ist das Radträgerelement 6 mit dem daran angeordneten Achsschenkel 9 am Lenker 2 drehbar gelagert. Am Radträgerelement 6 ist eine Anschlagnase 10 angeordnet, die in Geradeaus Stellung des nicht näher dargestellten Rades an einem Lenkeranschlag 12 als Bestandteil der Trägerplatte 17 zur Anlage kommt. Die Anlage wird durch die Druckfeder 11 unterstützt. Auf dem Achsschenkel 9 ist eine in üblicher Weise ausgestaltete Radlagerung 18 mittels zweier Kugellager realisiert. Durch die Radlagerung 18 wird der Radflansch 19 gegenüber der Achslagerung drehbar, wobei am Radflansch 19 wiederum das Rad 1 verschraubt wird.

Im Unterschied zu der Darstellung der Figuren 1 und 2 ist die Mittellinie der Lenkachse 7 in Fahrtrichtung gesehen hinter dem Radaufstandspunkt angeordnet, jedoch im Bereich zwischen der senkrechten Radmittelebene 13 und der Lenkermittelachse 15. Ein Vergleich zu den Figuren 1 und 2 zeigt, dass dort die Mittellinie der Lenkachse 7 von der Fahrzeugmitte aus gesehen außerhalb der Radmittelebene 13 angeordnet ist.

Durch die unterschiedliche Wahl der Lenkachse 7 ist davon auszugehen, dass ein Fahrzeug mit einer Achslagerung entsprechend der Figuren 1 und 2 ein stärkeres Eigenlenkverhalten der Hinterachse aufweisen wird als ein Fahrzeug entsprechend der konstruktiven Gestaltung der Figuren 3 und 4. Somit wird aus der Figurenbeschreibung noch einmal deutlich, dass die erfindungsgemäße Wahl der Lage der Lenkachsen 7 bzw. 7A außerordentlichen starken Einfluss auf das Fahrverhalten des jeweiligen Fahrzeuges hat.

In Figur 5 ist deshalb eine Schnittdarstellung analog der Figur 4 gezeigt, in der die Position der Lenkachse 7 (bzw. der Lenkachse 7A) verändert ist. Hier wird durch die Position der Lenkachse 7 oder 7 A aus serhalb der Radmittelebene 13, 13A ein Vorspurverhalten auch unter Läng skraftein Wirkung am betreffenden Rad erreicht.

Bezugszeichenliste

1 Rad

IA Rad

2 Lenker

2A Lenker

3 Achse

4 Lagerstelle

4A Lagerstelle

5 Verbundlenker

6 Radträgerelement

6A Radträgerelement

7 Lenkachse

7A Lenkachse

8 Radaufstandspunkt

8A Radaufstandspunkt

9 Achsschenkel

9A Achsschenkel

10 Anschlagnase

1OA Anschlagnase

11 Druckfeder

IIA Druckfeder

R Fahrtrichtung

FL Längskraft

FQ Querkraft

12 Lenkeranschlag

12A Lenkeranschlag

13 Radmittelebene

13A Radmittelebene

14 Radachse

15 Lenkermittelachse 16 Befestigungsflansch

17 Trägerplatte

18 Radlagerung

19 Radflansch