DE102004003152A1

DE102004003152A1 - Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Einstellung der Torsionssteifigkeit an einer solchen

Info

Publication number: DE102004003152A1
Application number: DE200410003152
Authority: DE
Inventors: Herbert Ruholl; Sven Steinel; Gerd Dr.-Ing. Telljohann; Sven Dr. Dannemeyer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-11

Abstract

Eine Verbundlenkerachse (1) für ein Kraftfahrzeug umfasst einen torsionselastischen Querträger (10) mit einem V-förmigen oder U-förmigen Querschnittsprofil und ein zum Querträger (10) im Wesentlichen parallel angeordnetes Verstärkungselement (16) zur Einstellung der Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerachse (1). Das Verstärkungselement (16) ist als ein Verstärkungsblech (17) ausgeführt, das auf den Querträger (10) flächig aufgesetzt ist. Über das Verstärkungsblech (17) lässt sich die Torsionssteifigkeit sehr einfach variieren. Zudem bleibt das Bauteilgewicht gering. Weiterhin wird ein Verfahren zur Einstellung der Torsionssteifigkeit angegeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbundlenkerachsen für Kraftfahrzeuge und auf die Einstellung einer definierten Torsionssteifigkeit an einer solchen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen torsionselastischen Querträger mit einem V-förmigen oder U-förmigen Querschnittsprofil und ein zum Querträger im wesentlichen parallel angeordnetes Verstärkungselement zur Einstellung der Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerachse.

Derartige Verbundlenkerachsen sind aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausgestaltungsformen allgemein bekannt.

Üblicherweise wird die gewünschte Torsionssteifigkeit an einer solchen Verbundlenkerachse durch ein Verstärkungselement in Form eines Stabilisators eingestellt, das zu dem Querträger beabstandet angeordnet ist und in der Art einer parallelen Torsionsfeder wirkt.

Ein zusätzlicher Stabilisator muss jedoch eigens montiert werden und erhöht das Gewicht der Verbundlenkerachse. Hieraus resultiert ein entsprechender Fertigungs- und Montageaufwand.

Weiterhin ist bekannt, den Querträger als doppeltes V-Profil auszubilden. Auch diese Lösung ist fertigungs- und herstellungstechnisch aufwendig.

Soll beispielsweise in einer Fahrzeugserie mit unterschiedlichen Leistungsanforderungen die Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerachse angepasst werden, so sind in den vorgenannten Fällen verhältnismäßig aufwendige Anpassungsmaßnahmen erforderlich. Im erstgenannten Fall bedeutet dies die Verwendung eines anderen Stabilisators, der als stangenförmiges Teil in der Regel insgesamt neu auszulegen ist. Auch Modifikationen an einem Doppel-V-Profil zur Veränderung der Torsionssteifigkeit erfordern einen beträchtlichen Aufwand.

Vor diesem Hintergrund zielt die Erfindung darauf ab, die Modifizierbarkeit eines Verstärkungselements einer Verbundlenkerachse der eingangs genannten Art zu erleichtern, um damit die Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerachse verändern zu können.

Diese Aufgabe wird durch eine Verbundlenkerachse mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Diese zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass das Verstärkungselement ein Verstärkungsblech ist, das auf den Querträger flächig aufgesetzt ist.

An einem solchen sind Änderungen der Steifigkeitseigenschaften einfacher möglich, als an einem stangenförmigen Biegeteil oder einem Doppel-V-Profil. Daraus resultiert eine Verminderung des Herstellungsaufwands. Die Anbringung eines Verstärkungsblechs ist außerdem kostengünstiger, als der Einbau eines separaten Stabilisators. Zudem sinkt das Gesamtgewicht der Verbundlenkerachse.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Verstärkungsblech einen von seinem Rand bzw. Randabschnitten umgebenen Zentralbereich auf, der um ein Spaltmaß von dem Querträger beabstandet ist. Durch die Variation des Spaltmaßes sowie gegebenenfalls auch der Blechdicke des Verstärkungsbleches kann eine Variation der Torsionssteifigkeit sehr einfach erfolgen. Die Bleche können ohne größeren Umrüstaufwand mit den gleichen Fertigungsmitteln hergestellt werden.

Prinzipiell kann hierbei stets der gleiche Querträger verwendet werden, d.h. die Anpassung der Torsionssteifigkeit allein über das Verstärkungsblech erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, zur Grobabstimmung Querträger mit unterschiedlicher Dicke einzusetzen.

Vorzugsweise wird das Verstärkungsblech lediglich mit Randabschnitten oder seinem gesamten Rand an dem Querträger befestigt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der zwischen dem Zentralbereich und dem Querträger gebildete Hohlraum abgedichtet. Hierdurch kann die Torsionssteifigkeit zusätzlich beeinflusst werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerachse im wesentlichen durch zwei einfach modifizierbare Parameter eingestellt werden, nämlich die Dicke des Verstärkungsblechs und das Spaltmaß zwischen dem Zentralbereich des Verstärkungsblechs und dem Querträger.

Jedoch kann, wie oben bereits erwähnt, auch die Blechdicke des Querträger und/oder die Überlappungsfläche zwischen der Verbundlenkerachse und dem Querträger variiert werden, wodurch allerdings die Teilevielfalt ansteigt.

Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren nach Patentanspruch 12 gelöst.

Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verbundlenkerachse und des zugehörigen Einstellverfahrens sind in den Patentansprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine räumliche Ansicht einer Verbundlenkerachse nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Schnittansicht des Querträgers nebst Verstärkungselement der Verbundlenkerachse aus 1 entlang der Linie A–A.
Das Ausführungsbeispiel in den 1 und 2 zeigt eine Verbundlenkerachse 1 für ein Kraftfahrzeug in Blechkonstruktion. Die Verbundlenkerachse 1 weist zwei sich im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstrechende Längsträger 2 und 3 auf, die mit ihren in Vorwärtsfahrtrichtung gerichteten Enden 4 und 5 an einem hier nicht näher dargestellten Fahrzeugaufbau angelenkt sind. In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels können die Längsträger 2 und 3 jedoch auch schräg zur Fahrzeuglängsrichtung angestellt sein.
Die rückseitigen Enden der Längsträger 2 und 3 sind als Radträger 6 und 7 ausgestaltet und gegenüber den vorderen Enden 4 und 5 jeweils seitwärts nach außen versetzt. Zudem ist an jedem Längsträger 2 bzw. 3 eine Konsole 8 bzw. 9 zur Abstützung einer Feder-Dämpfer-Anordnung vorgesehen, die vor dem jeweiligen Radträger 6 bzw. 7 liegt.
Zwischen dem vorderen Ende 4 bzw. 5 und der Konsole 8 bzw. 9 sind die beiden Längsträger 2 und 3 durch einen torsionselastischen, jedoch biegesteifen Querträger 10 verbunden. Dessen Anbindung erfolgt im bereits eingezogenen Bereich 11 bzw. 12 der Längsträger 2 und 3 durch Schweißen. Der Querträger 10 weist ein V-förmiges oder auch U-förmiges Querschnittsprofil auf. Dieses ist so angeordnet, dass der Profilgrund 13 gegen die Vorwärtsfahrtrichtung (vgl. Pfeil V) weist und das Profil nach hinten offen ist. Dementsprechend liegen die Flansche 14 und 15 des Querträgers 10 in der Einbauposition am Fahrzeug übereinander. Die Flansche 14 und 15 können, wie in 2 gezeigt, nach innen, gegebenenfalls auch nach außen, abgewinkelt sein. Durch die zusätzliche Biegestelle wird deren Biege- und Torsionssteifigkeit erhöht. Der Einbau kann auch etwas zur Horizontalen verkippt erfolgen.
Die Verbundlenkerachse 1 umfasst weiterhin ein zum Querträger 10 im wesentlichen parallel angeordnetes Verstärkungselement 16 zur Einstellung der Torsionssteifigkeit auf. Dieses Verstärkungselement 16 ist als ein Verstärkungsblech 17 mit vorzugsweise konstanter Wanddicke d ausgeführt, das auf den Querträger 10 flächig aufgesetzt ist. Wie insbesondere 2 zeigt, liegt das Verstärkungsblech 17 jedoch nicht insgesamt auf dem Querträger 10 auf, sondern ist lediglich mit Randabschnitten 18 an dem Querträger 10 befestigt ist.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verstärkungsblech 17 an seinem Rand 18 umlaufend dicht mit dem Querträger 10 verbunden, z. B. verschweißt. Es ist vorzugsweise mit geringerer Wanddicke ausgeführt, als das Profil des Querträgers 10.
Das Verstärkungsblech 17 weist weiterhin einen von dem Rand bzw. den Randabschnitten 18 umgebenen Zentralbereich 19 auf, der um ein Spaltmaß s von dem Querträger 10 beanstandet ist. Der zugehörige Abstand wird durch eine Absetzung des Zentralbereichs 19 gegenüber dem Rand bzw. den Randabschnitten 18 bewerkstelligt. Zwischen dem Zentralbereich 19 und dem Rand bzw. den Randabschnitten 18 ist dementsprechend eine Sicke 20 zu erkennen. abgesetzt ist. Unter einem Spalt werden hier Abstände verstanden die maximal in der Größenordnung der Blechdicken des Querträgers 10 und des Verstärkungsblechs 17 liegen. Praktisch bedeutet dies ca. 0 bis 5mm.
Zwischen dem Zentralbereich 19 und dem Querträger 10 kann ein nach außen abgedichteter Hohlraum 21 gebildet werden. Bei einer Verformung des Querträgers 10 wirkt dieser als Luft- oder Gaspolster, das die Torsionssteifigkeit tendenziell erhöht. Zudem wird durch die Abdichtung das Korrosionsrisiko vermindert und die Bildung von Schwitzwasser ausgeschlossen.
Bei dieser Ausgestaltung kann die Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerachse 1 im Prinzip allein über die folgenden Parameter eingestellt werden, nämlich die Dicke d des Verstärkungsblechs 17 und das Spaltmaß s zwischen dem Zentralbereich 19 des Verstärkungsblechs 17 und dem Querträger 10.
In diesem Fall bleiben die Anpassungsmaßnahmen auf das Verstärkungsblech 17 beschränkt. Eine entsprechende Variation lässt sich ohne großen Umrüstaufwand auf den gleichen Vorrichtungen erzielen, da die räumlichen Abmessungen des zugehörigen Blechvorstücks bis auf die Blechdicke im Prinzip unverändert bleiben. Die Befestigung am Querträger 10 kann während des Zusammenschweißens der gesamten Baugruppe erfolgen. Weitere Befestigungs- und Montageschritte, wie sie beispielsweise beim Einbau eines separaten Stabilisators sind nicht nötig.
In einer Abwandlung kann die Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerachse weiterhin durch die Überlappungsfläche zwischen dem Querträger 10 und dem Verstärkungsblech 17 eingestellt werden.
Letzteres ist in seiner Form nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. 2 zeigt, dass das Verstärkungsblech 17 um den Profilgrund 13 des Querträgers 10 herumgeführt und mit beiden Flanschen 14 und 15 des Querträgers 10 verbunden ist. Es ist jedoch auch möglich, das Verstärkungsblech 17 an der Innenseite des Profils und/oder lediglich an einem der Flansche 14 oder 15 anzubringen. Auch können die Ränder des Verstärkungsblechs 17 insbesondere an den zu den Längsträgern 2 und 3 weisenden Flanken, wie bei den Anschrägungen 22 und 23 dargestellt, anders beschnitten sein. Die hier dargestellten Abschrägungen 22 und 23 sind jedoch dahingehend vorteilhaft, dass abrupte Änderungen der Torsionssteifigkeit in Querrichtung und damit ein inhomogenerer Spannungsverlauf unter Belastung vermieden werden.
Die vorstehend erläuterte Konfiguration einer Verbundlenkerachse 1 ermöglicht ein Verfahren zur Einstellung der Torsionssteifigkeit durch im wesentlichen zwei Parameter, nämlich die Dicke d des Verstärkungsblechs 17 und/oder das Spaltmaß s zwischen dem Zentralbereich 19 und dem Querträger 10.
In einer Abwandlung kann die Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerachse 1 weiterhin durch die Überlappungsfläche zwischen Verstärkungsblech 17 und dem Querträger sowie gegebenenfalls auch durch die Dicke des Querträgers eingestellt werden, um z. B. in einer Fahrzeugserie die Torsionssteifigkeit zu variieren.
In sämtlichen Fällen ergibt sich eine einfach herstellbare Verbundlenkerachse 1, die sich bei guter Anpassbarkeit der Torsionssteifigkeit durch ein geringes Bauteilgewicht auszeichnet. Zudem kann ein separater Stabilisator vermieden werden.

1: Verbundlenkerachse
2: Längsträger
3: Längsträger
4: vorderes Ende
5: vorderes Ende
6: Radträger
7: Radträger
8: Konsole
9: Konsole
10: Querträger
11: eingezogener Abschnitt
12: eingezogener Abschnitt
13: Profilgrund
14: Flansch
15: Flansch
16: Verstärkungselement
17: Verstärkungsblech
18: Rand bzw. Randabschnitt
19: Zentralbereich
20: Sicke
21: Hohlraum
22: Abschrägung
23: Abschrägung
V: Vorwärtsfahrtrichtung

Claims

Verbundlenkerachse (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – einen torsionselastischen Querträger (10) mit einem V-förmigen oder U-förmigen Querschnittsprofil, und – ein zum Querträger (10) im wesentlichen parallel angeordnetes Verstärkungselement (16) zur Einstellung der Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerachse (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (16) ein Verstärkungsblech (17) ist, das auf den Querträger (10) flächig aufgesetzt ist.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsblech (17) lediglich mit Randabschnitten (18) an dem Querträger (10) befestigt ist.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsblech an seinem Rand (18) umlaufend dicht mit dem Querträger (10) verbunden ist.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsblech (17) mit dem Querträger (10) verschweißt ist.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsblech (17) einen von dem Rand bzw. den Randabschnitten (18) umgebenen Zentralbereich (19) aufweist, der um ein Spaltmaß s von dem Querträger (10) beanstandet ist.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralbereich (19) gegenüber dem Rand bzw. den Randabschnitten (18) abgesetzt ist.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen dem Zentralbereich (19) und dem Querträger (10) gebildete Hohlraum (21) abgedichtet ist.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerachse (1) durch folgende Parameter einstellbar ist: – die Dicke d des Verstärkungsblechs (17), und – ein Spaltmaß s zwischen einem Zentralbereich (19) des Verstärkungsblechs (17) und dem Querträger (10).
Verbundlenkerachse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerachse (1) weiterhin durch folgende Parameter einstellbar ist: – die Überlappungsfläche zwischen Verstärkungsblech (17) und dem Querträger (10).
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsblech (17) um den Profilgrund (13) des Querträgers (10) herumgeführt und mit beiden Flanschen (14, 15) des Querträgers (10) verbunden ist.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese stabilisatorfrei ist.
Verfahren zur Einstellung der Torsionssteifigkeit an einer Kraftfahrzeug-Verbundlenkerachse (1) mit einem torsionselastischen Querträger (10), das ein V- förmiges oder U-förmiges Querschnittsprofil aufweist, und mit einem parallelen Verstärkungsblech (17), das auf den Querträger (10) flächig aufgesetzt ist, wobei die Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerachse (1) durch folgende Parameter eingestellt wird, nämlich – die Dicke d des Verstärkungsblechs (17), und/oder – ein Spaltmaß s zwischen einem Zentralbereich (19) des Verstärkungsblechs (17) und dem Querträger (10).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionssteifigkeit weiterhin durch die Überlappungsfläche zwischen Verstärkungsblech (17) und dem Querträger (10) eingestellt wird.