DE19507397C2 - Verbundlenker- oder Koppellenkerachse für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundlenker- oder Koppellenkerachse für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie sie beispielsweise bekannt ist aus der DE 43 11 090 A1, DE 37 07 162 C2, DE 36 35 021 A1 oder DE 28 38 391 C₂.

Verbundlenker- oder Koppellenkerachsen werden bei Personenkraftwagen wegen ihres vergleichsweise einfachen konstruktiven Aufbaus sowie wegen ihrer guten allgemeinen Funktionseigenschaften seit längerer Zeit und in zunehmenden Umfange als Hinterachsen eingesetzt.

Sie bestehen im wesentlichen aus zwei radtragenden steifen Längslenkern und einer zwischen den Radachsen und den aufbauseitigen Lenkerlagern angeordneten biegesteifen Querstrebe, die mit ihren Enden winkelsteif an den Längslenkern befestigt ist. Im allgemeinen ist diese Querstrebe drehelastisch ausgebildet und nicht nur winkel­ sondern auch drehsteif an den Längslenkern befestigt.

Die schwenkbare Anlenkung der Verbundlenker- oder Koppellenkerachse erfolgt im allgemeinen mit Hilfe von Gummi-Metall-Lagern, um u. a. einerseits den Komfort des Fahrzeugs zu erhöhen und andererseits auch, um gezielt konstruktiv in die eine oder in die andere Richtung auf das Eigenlenkverhalten, d. h. auf die Fahreigenschaften des Fahrzeugs Einfluß zu nehmen.

Wenn in diesem Zusammenhang von "Gummi"-Metallagern und/oder "Gummikörpern" gesprochen wird, dann sind hierunter natürlich auch Bauelemente zu verstehen, deren elastische Nachgiebigkeit nicht durch natürliches Gummi, sondern durch andere bekannte Elastomere realisiert wird.

Die schwenkbare Anlenkung der Verbundlenker- bzw. Koppellenkerachse am Fahrzeugaufbau sowie die Ausbildung der hierbei eingesetzten gummielastischen Lenkerlager kann sehr unterschiedlich sein und hängt u. a. von den jeweiligen konstruktiven Randbedingungen sowie den jeweils angestrebten Eigenschaften ab.

So sind z. B. Verbundlenker- oder Koppellenkerachsen bekannt (z. B. DE 35 21 361 A1, DE 34 41 560 C2), bei denen gummielastische Lenkerlager mit in radialer Richtung unterschiedlicher Nachgiebigkeit (z. B. durch nierenförmige Ausnehmungen) eingesetzt sind, deren Lagerachsen jeweils vertikal ausgerichtet sind.

Bekannt sind insbesondere aber auch Verbundlenker- und Koppellenkerachsen, bei denen die Lagerachsen der gummielastischen Lenkerlager horizontal ausgerichtet sind. Vorzugsweise verlaufen die Lagerachsen hierbei in Fahrzeugquerrichtung (z. B. DE 28 38 391 C2, DE 36 35 021 A1, DE 43 10 526 A1, DE 43 11 090 A1), wobei die Lager überwiegend durch Anordnung entsprechender nierenförmiger Ausnehmungen oder Bohrungen in radialer Richtung unterschiedliche Nachgiebigkeiten aufweisen.

Bekannt ist es aber auch, (z. B. DE 37 07 162 C2), die horizontal ausgerichteten Lagerachsen nicht in Fahrzeugquerrichtung, sondern etwas schräg dazu verlaufen zu lassen.

In der DE 35 23 912 A1 ist eine Einzelradaufhängung beschrieben, bei der die aufbauseitige Abstützung zumindest eines sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Lenkers in ihrer Nachgiebigkeit während des Fahrbetriebes einstellbar veränderlich ist. Die Abstützlager einer Achse können dabei voneinander unabhängig mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden, und zwar je nachdem, ob die Längsnachgiebigkeit der Achsaufhängung auf einer oder auf beiden Seiten der betreffenden Fahrzeugachse vermindert werden soll.

Obgleich die eingesetzten gummielastischen Lenkerlager infolge ihrer gummielastischen Lagerkörper i. a. alle eine je nach ihrer Bemessung mehr oder weniger große komfortförderliche Längsfederung des Lenkerverbundes bewirken, hat sich in der Praxis gezeigt, daß es in vielen Fällen beim Befahren unebener Fahrbahnen oder beim Überfahren von Einzelhindernissen zu einem mehr oder weniger ausgeprägten "Stuckern" der Hinterachse kommen kann, was von den Fahrzeuginsassen im allgemeinen als unangenehm und störend empfunden wird.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbundlenker- oder Koppellenkerachse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art mit möglichst geringem Aufwand und ohne Beeinträchtigung ihrer positiven sonstigen Eigenschaften diesbezüglich zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß werden die beiden Lenkerlager einfach bezüglich ihrer in Fahrzeuglängsrichtung wirksamen Federkennung bzw. -steifigkeit sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung jeweils zwar vergleichsweise geringfügig, jedoch signifikant im Sinne einer Verstimmung unterschiedlich bemessen.

Mit Vorteil können hierbei jeweils baulich zwar an sich identische gummielastische Lager verwendet werden, die dann jedoch in bestimmter Weise asymmetrisch angeordnet werden.

Bevorzugt werden gummielastische Lenkerlager mit einem zwischen einer metallischen Innen- und einer metallischen Außenhülse angeordneten Gummikörper mit einer nierenförmigen Ausnehmung eingesetzt, wobei die beiden Lenkerlager dann derart asymmetrisch angeordnet sind, daß - jeweils in Fahrzeuglängsrichtung gesehen - die nierenförmige Ausnehmung des einen Lenkerlagers vor und die des anderen Lenkerlagers hinter der jeweiligen Lagerachse liegt.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird - bei sonst unveränderter Ausbildung und Bemessung der gummielastischen Lenkerlager - eine sehr deutliche Reduzierung der maximalen Schwingungsamplituden des Lenkerverbunds in Fahrzeuglängsrichtung bewirkt; auch deren Häufigkeit wird stark verringert.

Offenbar wird durch die asymmetrische Anordnung der gummiela­ stischen Lenkerlager eine Verstimmung des ursprünglichen Schwingungsverhaltens der Hinterachsanlenkung bewirkt, wodurch sonst auftretende Resonanzerscheinungen abgebaut und dabei auftretende Lastamplituden nach Höhe und Häufigkeit spürbar gesenkt werden.

Die vorgeschlagenen Maßnahmen führen zu einer spürbaren Redu­ zierung des beim Befahren unebener Fahrbahnen oder beim Über­ fahren von Querrillen o. ä. sonst häufig auftretenden komfort­ mindernden "Stuckerns", ohne daß gleichzeitig das sonstige dy­ namische Verhalten oder der Geradeauslauf negativ beeinflußt wird.

Durch die erzielte Schwingungsamplitudenreduzierung sowie die Reduzierung deren Häufigkeit wird in vorteilhafter Weise gleichzeitig auch eine Verringerung der Materialbeanspruchung der Gummikörper der Lenkerlager bewirkt, was deren Lebensdauer zugute kommt.

Durch die Reduzierung der Schwingungsamplituden und durch die Verringerung deren Häufigkeit werden nicht allein die Gummi­ körper der Lenkerlager geringer beansprucht, sondern natürlich auch andere im Kraftfluß liegende Bauteile, wie z. B. die La­ gerböcke der Lenkerlager und deren Verschraubung.

Auch ist durch die infolge der vorgeschlagenen Maßnahmen u. a. bewirkte gleichförmigere Abrollbewegung der Räder eine Verbes­ serung des Reifenverschleißverhaltens sowie auch ein verbes­ sertes Kraftschlußverhalten Reifen/Fahrbahn zu erwarten.

Durch den durch die vorgeschlagenen Maßnahmen bewirkten Ver­ stimmungseffekt werden die Schwingungsamplituden in Fahrzeug­ längsrichtung insbesondere bei Einsatz von Lenkerlager mit je­ weils nur einer nierenförmigen Ausnehmung im Gummikörper so weit abgesenkt, daß es in vorteilhafter Weise auch möglich wird, die Gummikörper jeweils aus einer hochdämpfenden Gummi­ mischung mit einem Dämpfungswinkel von z. B. etwa 14° zu fer­ tigen. Eine solche Bedämpfung der gummielastischen Lenkerlager führt zu einer weiteren Komfortverbesserung, weil die angereg­ ten Schwingungen gedämpft abklingen.

Der Einsatz solcher hochdämpfenden Gummimischungen ist sonst i. a. nicht möglich, da der Umsatz der - sonst wesentlich hö­ heren - gesamten Schwingungsenergie in Wärme zur Zerstörung der hochdämpfenden Lager führen würde.

In der Zeichnung sind zur Erläuterung der Erfindung sehr prin­ zipienhaft einige denkbare Ausführungsbeispiele der erfin­ dungsgemäßen Anlenkung von Verbundlenker- oder Koppellenker­ achsen dargestellt.

Die Fig. 1, 4 und 5 zeigen jeweils die Draufsicht einer Verbundlenker- oder Koppellenkerachse 1 für Kraftfahrzeuge mit jeweils zwei Längslenkern 2, die ihrerseits jeweils einenends mittels gummielastischer Lenkerlager 6 und 6' schwenkbar am nicht weiter dargestellten Fahrzeugaufbau 7 angelenkt sind und an ihren freien - hinteren - Enden mit Fahrzeugräder 5 tragen­ den Achszapfen oder Radträgern 4 verbunden sind.

Die beiden Längslenker 2 sind miteinander in bekannter Weise durch eine biegesteife, aber torsionsweiche Querstrebe 3 ver­ bunden.

In Fig. 1 weisen die beiden gummielastischen Lenkerlager 6 und 6' jeweils horizontale Lagerachsen 12 auf, die quer zur Fahr­ zeuglängsrichtung ausgerichtet sind. Abweichend davon können diese gegebenenfalls aber auch in bekannter Weise schräg aus­ gerichtet sein.

Erfindungsgemäß sind die beiden Lenkerlager 6, 6' bezüglich ihrer in Fahrzeuglängsrichtung wirksamen Federkennung bzw. Fe­ dersteifigkeit jeweils vergleichsweise geringfügig, jedoch deutlich unterschiedlich bemessen, und zwar sowohl in Vor­ wärts- als auch in Rückwärtsrichtung.

Wie die Fig. 2 und 3, die jeweils Schnitte entlang der Schnittführung II und III der Fig. 1 darstellen, zeigen, sind die beiden Lenkerlager 6, 6' als an sich bekannte und in übli­ cher Weise bemessene Gummi-Metall-Lager mit in radialer Rich­ tung unterschiedlicher Nachgiebigkeit ausgebildet. Ein zwi­ schen einer metallischen Innenhülse 8 und einer metallischen Außenhülse 9 angeordneter, vorzugsweise anvulkanisierter Gum­ mikörper 10 bzw. Elastomerkörper weist jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende nierenförmigen Ausnehmungen 11 auf.

Erfindungsgemäß sind die beiden an sich identischen gummiela­ stischen Lenkerlager nun derart asymmetrisch eingebaut, daß sie in Fahrzeuglängsrichtung - und zwar sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung - voneinander verschiedene Fe­ derkennungen bzw. Federsteifigkeiten besitzen. In Fig. 1 sind sie derart angeordnet, daß die beiden nierenförmigen Ausneh­ mungen 11 des einen Lenkerlagers, nämlich des Lenkerlagers 6, in einer zumindest annähernd horizontal durch dessen Lagerach­ se 12 verlaufenden ersten Ebene 14 liegen, wohingegen die bei­ den nierenförmigen Ausnehmungen 11 des anderen Lenkerlagers, nämlich des Lenkerlagers 6', in einer zumindest annähernd ver­ tikal durch dessen Lagerachse verlaufenden zweiten Ebene 15 liegen.

Die gleichen vorteilhaften Effekte können in entsprechender Weise auch bei Verbundlenker- oder Koppellenkerachsen erreicht werden, bei denen in bekannter Weise gummielastische Lenkerla­ ger mit vertikalen Lagerachsen 13 eingesetzt werden, wie dies in Fig. 4 der Fall ist.

Wie die teilgeschnittene Darstellung der Fig. 4 erkennen läßt, wird die gewünschte unterschiedliche Federkennung bzw. Federsteifigkeit der beiden gummielastischen Lenkerlager 6, 6' in Fahrzeuglängsrichtung dadurch erzielt, daß diese, die wiederum jeweils einen zwischen einer metallischen Innen- und ei­ ner metallischen Außenhülse 8, 9 angeordneten Gummi- bzw. Ela­ stomerkörper 10 mit zwei einander diametral gegenüberliegenden nierenförmigen Ausnehmungen 11 enthalten, derart asymmetrisch eingebaut werden, daß jeweils die beiden nierenförmigen Aus­ nehmungen 11 des einen Lenkerlagers, nämlich des Lenkerlagers 6, in einer zumindest annähernd in Fahrzeuglängsrichtung durch dessen Lagerachse 13 verlaufenden ersten Vertikalebene 16 lie­ gen, wogegen die beiden nierenförmigen Ausnehmungen 11 des anderen Lenkerlagers, nämlich des Lenkerlagers 6' in einer zu­ mindest annähernd in Fahrzeugquerrichtung durch dessen Lager­ achse 13 verlaufenden zweiten Vertikalebene 17 liegen.

Die Fig. 1 bis 3 einerseits und 4 andererseits zeigen je­ weils eine Anordnung, bei der dadurch, daß die nierenförmigen Ausnehmungen 11 jeweils in zueinander rechtwinkelig verlaufen­ den Ebenen 14, 15 bzw. 16, 17 liegen, die mit ansonsten iden­ tischen Lagern jeweils größtmögliche Asymmetrie erzielt ist. Es ist jedoch leicht erkennbar, daß diese extreme gegenseitige Zuordnung nicht in jedem Falle zwingend ist; durch Variation der räumlichen Ausrichtung der nierenförmigen Ausnehmungen lassen sich erforderlichenfalls mit ansonsten identischen La­ gern in einfacher Weise auch Zwischenstufen der Asymmetrie bzw. der Federsteifigkeitsunterschiede erzeugen.

In Fig. 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Verbundlenker- oder Koppellenkerachse dargestellt.

Im Gegensatz zu den zuvor erläuterten Anordnungen sind hier als gummielastische Lenkerlager Gummi-Metallager eingesetzt, deren wiederum zwischen einer metallischen Innen- und Außen­ hülse 8, 9 angeordneten Gummi- bzw. Elastomerkörper 10 im Ge­ gensatz zu den zuvor erläuterten Beispielen jeweils nur eine einzige nierenförmige Ausnehmung 11 besitzen.

Bei dieser Verbundlenker- oder Koppellenkerachse sind die bei­ den Lenkerlager 6, 6' nun in der Weise asymmetrisch angeord­ net, daß die nierenförmige Ausnehmung 11 des einen Lenkerlagers, nämlich die des Lenkerlagers 6, in Fahrzeuglängsrichtung gesehen vor der wiederum horizontalen Lagerachse 12 liegt, während die nierenförmige Ausnehmung 11 des zweiten Lenkerla­ gers 6' hinter der zugehörigen Lagerachse 12 liegt, wie dies die Fig. 6 und 7 zeigen.

Mit einer solchen asymmetrischen Anordnung werden wirkungsmä­ ßig die besten Ergebnisse erzielt.

In Fig. 8 ist für eine derartige Verbundlenker- oder Koppel­ lenkerachse ein schematisiertes "Längsfederungs-Ersatzschalt­ bild" dargestellt, unter der zulässigen vereinfachten Annahme, daß in den beiden gummielastischen Lenkerlagern 6, 6' sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung im wesentlichen jeweils nur auf Druck beanspruchte Partien des jeweiligen Gummikörpers wirksam sind.

Wie das Ersatzschaltbild erkennen läßt, ist im linken gummi­ elastischen Lenkerlager 6 für eine Auslenkung in Vorwärtsrich­ tung, +S₁, eine Federkonstante C₁ und in Rückwärtsrichtung eine Federkonstante C₂ wirksam, während im rechten gummiela­ stischen Lenkerlager 6' umgekehrt für eine Auslenkung in Vor­ wärtsrichtung, +S_r, eine Federkonstante C₂ und in Rückwärts­ richtung C₁ wirksam ist.

Aber nicht nur bezüglich der Längskräfte, d. h. des Schwin­ gungsverhaltens in Fahrzeuglängsrichtung ist dieses System op­ timal verstimmt, sondern auch im Hinblick auf Drehschwingungen um die Hochachse der Verbundlenkerachse 1.

Durch gebogene Pfeile ist für Drehschwingungen angedeutet, daß in der einen Richtung eine Drehfederkonstante C_{ϕ 1} und in der anderen Richtung eine Drehfederkonstante C_{ϕ 2} wirksam ist, wo­ bei die Drehfederkonstante C_{ϕ 1} eine Funktion der Längsfeder­ kennung C₁ und die Drehfederkonstante C_{ϕ 2} eine Funktion der Längsfederkennung C₂ ist. Demzufolge sind die jeweiligen Dreh­ winkel ϕ₁ und ϕ₂ letztlich jeweils Funktionen der Längsfeder­ kennungen C₁ bzw. C₂.

Claims (5)

1. Verbundlenker- oder Koppellenkerachse (1) für Kraftfahrzeuge, mit zwei Längslenkern (2), die jeweils einenends mittels gummielastischer Lenkerlager (6, 6') schwenkbar am Fahrzeugaufbau (7) angelenkt und anderenends mit Fahrzeugräder (5) tragenden Achszapfen oder Radträgern (4) verbunden sind, sowie mit einer biegesteifen, aber torsionsweichen Querstrebe (3), deren Enden winkelsteif mit den beiden Längslenkern (2) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lenkerlager (6, 6') bezüglich ihrer in Fahrzeuglängsrichtung wirksamen Federkennung bzw. -steifigkeit sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung jeweils vergleichsweise geringfügig, jedoch im Sinne einer Verstimmung signifikant unterschiedlich bemessen sind.

2. Verbundlenker- oder Koppellenkerachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch an sich bekannte Lenkerlager (6, 6') mit horizontalen Lagerachsen (12) sowie mit jeweils einem zwischen einer me­ tallischen Innen- und Außenhülse (8, 9) angeordneten Gummi­ körper (10) mit zwei einander diametral gegenüberliegenden nierenförmigen Ausnehmungen (11), wobei die beiden Lenker­ lager (6, 6') derart asymmetrisch angeordnet sind, daß die beiden nierenförmigen Ausnehmungen (11) des einen Lenker­ lagers (6) in einer zumindest annähernd horizontal durch dessen Lagerachse (12) verlaufenden ersten Ebene (14) und die beiden nierenförmigen Ausnehmungen (11) des anderen Lenkerlagers (6') in einer zumindest annähernd vertikal durch dessen Lagerachse (12) verlaufenden zweiten Ebene (15) liegen.

3. Verbundlenker- oder Koppellenkerachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch an sich bekannte Lenkerlager (6, 6') mit vertikalen Lagerachsen (13) sowie mit jeweils einem zwischen einer me­ tallischen Innen- und Außenhülse (8, 9) angeordneten Gummi­ körper (10) mit zwei einander diametral gegenüberliegenden nierenförmigen Ausnehmungen (11), wobei die beiden Lenker­ lager (6, 6') derart asymmetrisch angeordnet sind, daß die beiden nierenförmigen Ausnehmungen (11) des einen Lenker­ lagers (6) in einer zumindest annähernd in Fahrzeuglängs­ richtung durch dessen Lagerachse (13) verlaufenden ersten Verikalebene (16) und die beiden nierenförmigen Ausnehmun­ gen (11) des anderen Lenkerlagers (6') in einer zumindest annähernd in Fahrzeugquerrichtung durch dessen Lagerachse (13) verlaufenden zweiten Vertikalebene (17) liegen.

4. Verbundlenker- oder Koppellenkerachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch an sich bekannte Lenkerlager (6, 6') mit horizontalen Lagerachsen (12) sowie mit jeweils einem zwischen einer me­ tallischen Innen- und Außenhülse (8, 9) angeordneten Gummi­ körper (10) mit einer nierenförmigen Ausnehmung (11), wobei die beiden Lenkerlager (6, 6') derart asymmetrisch ange­ ordnet sind, daß - in Fahrzeuglängsrichtung gesehen - die nierenförmige Ausnehmung (11) des einen Lenkerlagers (6) vor und die des anderen Lenkerlagers (6') hinter der jewei­ ligen Lagerachse (12) liegt.

5. Verbundlenker- oder Koppellenkerachse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummikörper (10) der beiden Lenkerlager (6, 6') aus einer hochdämpfenden Gummimischung mit einem Dämpfungswin­ kel von etwa 14° gefertigt sind.