-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Verbundlenker-Hinterachse für
ein Kraftfahrzeug, welche zwei Längslenker, die jeweils
mit einem vorderen Endabschnitt an einen Fahrzeugaufbau ankoppelbar sind,
und einen biegsteifen, torsionsweichen Querträger umfasst.
-
Bei
Verbundlenkerachsen, wie sie beispielsweise aus
DE 195 42 522 A1 ,
DE 198 40 134 A1 oder
DE 103 36 800 A1 bekannt
sind, liegt der Querträger in der in Fahrtrichtung vorderen
Hälfte der Achse. Ein gegenseitiges Ein- und Ausfedern
der Fahrzeugräder wird durch das Torsionsvermögen
des Querträgers ermöglicht, welches die Stabilisatorrate
der Achse wesentlich beeinflusst, während die Längslenker
in der Regel als torsions- und biegesteife Bauteile ausgeführt
sind. Eine Seitenkraftabstützung erfolgt vorwiegend über
die Längslenker.
-
Zur
Darstellung unterschiedlicher Stabilisatorraten werden entweder
zusätzliche Bauteile wie beispielsweise eingeschweißte
Rohre oder Bleche eingesetzt. Auch die Verwendung von Querträgern mit
unterschiedlicher Blechdicke ist zur Einstellung der Stabilisatorrate
von Verbundlenkerachsen in der Serienfertigung gebräuchlich.
Diese Vorgehensweisen sind insbesondere in Bezug auf die Bauteilbevorratung
und Montage aufwändig.
-
Bei
Verbundlenkerachsen besteht zudem stets das Problem, dass im Betrieb
entstehende Schubspannungen im Anschlussbereich des Querträgers
abgebaut werden müssen, wozu im Stand der Technik eine
Vielzahl unterschiedlichster Lösungsansätze verfolgt
werden.
-
Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das
Konzept der Verbundlenkerachse weiterzuentwickeln. Insbesondere
soll eine einfach herstellbare, leichte Verbundlenker-Hinterachse
mit gutem Komfort und guter Fahrdynamik geschaffen werden.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Verbundlenker-Hinterachse gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Die erfindungsgemäße Verbundlenker-Hinterachse
umfasst zwei Längslenker, die jeweils mit einem vorderen
Endabschnitt an einen Fahrzeugaufbau ankoppelbar sind, einen biegesteifen,
torsionsweichen Querträger, zwei Knotenelemente, die jeweils
an einen hinteren Endabschnitt eines Längslenkers anschließen
und diesen in Längsrichtung fortsetzen, und zwei Radträger
zur Anbindung jeweils eines Fahrzeugrads, die jeweils an einem der
Knotenelemente vorgesehen sind. Dabei sind die Knotenelemente als
kastenförmige Hohlkörper ausgebildet und Endabschnitte
des Querträgers in die Knotenelemente eingesteckt. Ferner
ist der Querträger zumindest an seinen Endabschnitten als
Hohlprofil mit zueinander weisenden Längskanten ausgebildet.
Die Profilquerschnitte der Endabschnitte des Querträgers
sind von korrespondierenden Aufnahmen an den Knotenelementen vollumschlossen.
-
Hierdurch
wird eine preiswerte und leichte Hinterachse geschaffen, die einen
guten Fahrkomfort sowie eine gute Fahrdynamik aufweist.
-
Insbesondere
kommt die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse
mit einer geringen Anzahl von einfach herstellbaren Bauteilen aus. Über
die kastenförmigen Knotenelemente wird eine stabile Verbindung
der Längsträger mit dem Querträger erzielt,
wobei im Bereich des Übergangs vom Querträger
zu den Knotenelementen Spannungsspitzen vermieden werden und vielmehr
ein weicher Spannungsabfall erfolgt.
-
Unterschiedliche
Stabilisatorraten lassen sich sehr einfach durch einen entsprechenden
Beschnitt des Querträgers verwirklichen. Es müssen daher
weder zusätzliche Bauteile oder unterschiedlich dicke Querträger
verwendet werden. Hierdurch werden insbesondere die Bauteilbevorratung
und Logistik bei der Montage vereinfacht.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen
angegeben.
-
So
kann beispielsweise zur Gewährleistung einer stabilen Anbindung
des Querträgers an die Knotenelemente das Hohlprofil des
Querträgers an den Endabschnitten in Umfangsrichtung geschlossen
sein.
-
Dies
lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass die
zueinander weisenden Längskanten aneinander anliegen. Bevorzugt
ist das Hohlprofil des Querträgers an den Endabschnitten
in Umfangsrichtung jedoch durch ein Schubblech geschlossen, dass
zwischen den zueinander weisenden Längskanten des Hohlprofils
eingepasst ist. Durch ein solches Schubblech, welches sich weiter
in den Querträger hineinerstreckt, lässt sich
ein besonders weicher Spannungsabfall im Übergangsbereich
erzielen. Neben der Funktion, an den Endabschnitten des Querträgers
ein geschlossenes Hohlprofil bereitzustellen, besitzt das Schubblech
somit zusätzlich die Funktion, einen weichen Spannungsabfall
zu gewährleisten.
-
Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung weist der Querträger
einen Mittelabschnitt auf, der als an einer Längsseite
offenes Hohlprofil ausgebildet ist. Das Schubblech erstreckt sich
in diesem Fall von dem Endabschnitt in Richtung des Mittelabschnitts
in das Hohlprofil des Querträgers hinein.
-
Das
Schubblech kann beispielsweise mit zwei im wesentlichen parallelen
Arme ausgeführt werden, die von einem im Endabschnitt des
Querträgers angeordneten Verbindungsabschnitt ausgehend schräg
in das Hohlprofil des Querträgers hinein verlaufen.
-
Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Endabschnitte
des Querträgers, welche in korrespondierende Aufnahmen
an den Knotenelementen eingesteckt sind, jeweils einen unrunden
Profilquerschnitt auf. Hierdurch wird im Vergleich zu runden Profilen
eine verbesserte Torsionsabstützung des Querträgers
erzielt.
-
Der
Querträger kann im Mittelbereich mit einem U- oder V-förmigen
Profilquerschnitt ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die offene
Längsseite des Profilquerschnitts bei einer am Fahrzeug
verbauten Achse zur Fahrbahn.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Profilquerschnitt des
Querträgers im Mittelbereich eine in Fahrtrichtung vornliegende
Profilflanke und eine in Fahrtrichtung hintenliegende Profilflanke
auf. Dabei bildet bevorzugt die hintenliegende Profilflanke an ihrer
freien Längskante einen nach außen umgebogenen
Kragen aus, wodurch eine Erhöhung der Torsionssteifigkeit
erzielt wird.
-
Die
vornliegende Profilflanke ist an ihrer freien Längskante
hingegen bevorzugt kragenfrei. Hierdurch lässt sich selbst
an einer bereits zusammengebauten Achse sehr einfach ein Beschnitt
zur Einstellung der Stabilisatorrate vornehmen.
-
Es
ist jedoch auch möglich, die Längskanten beider
Profilflanken oder lediglich der hintenliegenden Profilflanke zum
Zweck der Einstellung der Stabilisatorrate zu beschneiden.
-
Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Längslenker
jeweils einen im Wesentlichen U-förmigen Profilquerschnitt
auf. Dies ermöglicht zum einen ein geringes Bauteilgewicht
und eine einfache Herstellung. Zum anderen lässt sich sowohl
um die Fahrzeugquerrichtung als auch um die Fahrzeughochrichtung
eine deutlich höhere Biegesteifigkeit als um die Längsachse
des jeweiligen Längslenkers erzielen. Die Querschnittsform
ermöglicht insbesondere bei liegender Anordnung eine verhältnismäßig
einfache Anpassung der Biege- und Torsionseigenschaften an die jeweilige
Achskonfiguration.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Längslenker
zu den Knotenelementen hin eine zunehmende Breite auf, so dass sich im
Bereich der Knotenelemente eine breite Anschlussbasis ergibt. Werden
die Längslenker an der zur Achsmitte weisende Seite steifer
ausgebildet als an der Radseite, was beispielsweise bei einer liegenden,
nach außen offenen U-Profilform der Fall ist, wird unter
Seitenkrafteinfluss eine geringfügige Verformung in Richtung
Vorspur bewirkt.
-
Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Querträger
in Fahrtrichtung hinter den Längslenkern angeordnet. Insbesondere
kann der Querträger bezogen auf die Fahrtrichtung im Bereich
einer Radachse oder hinter dieser liegen.
-
Hierdurch
ergibt sich eine Verbundlenkerachse, welche in den Bauraum einer
aufwändigeren Vierlenker-Hinterachse passt. Zudem lässt
sich ein kurzer Fahrzeughinterwagen realisieren, bei dem der Querträger
der Verbundlenker-Hinterachse zwischen einem Kraftstofftank und
einem Endtopf einer Auspuffanlage angeordnet ist.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine
Ansicht von unten auf eine Verbundlenker-Hinterachse nach einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei lediglich eine
Radseite dargestellt ist,
-
2 eine
Ansicht von schräg unten auf den Querträger ohne
Schubbleche,
-
3 eine
Detailansicht eines Endabschnitts des Querträgers mit eingepasstem Schubblech,
-
4 eine
weitere Detailansicht eines Endabschnitts des Querträgers
mit eingepasstem Schubblech, und in
-
5 eine
weitere Ansicht des Querträgers zur Veranschaulichung der
Einstellung der Stabilisatorrate.
-
Das
Ausführungsbeispiel zeigt eine Verbundlenker-Hinterachse 1 für
ein Personenkraftfahrzeug. Über die Verbundlenker-Hinterachse
werden die Hinterräder eines Kraftfahrzeugs geführt
und an einem Fahrzeugaufbau abgestützt.
-
Die
in 1 dargestellte Verbundlenker-Hinterachse 1 umfasst
mehrere, vorgefertigte Blechelemente, die zu einem Verbund zusammengeschweißt sind.
Da die Verbundlenkerachse bezüglich einer Fahrzeuglängsmittelachse
symmetrisch ist, ist in 1 lediglich eine Hälfte
der Achse abgebildet.
-
Die
Schweißkonstruktion umfasst insbesondere zwei Längslenker 2,
einen biegesteifen, jedoch torsionsweichen Querträger 3 sowie
zwei Knotenelemente 4, über die die Längslenker 2 jeweils
mit dem Querträger 3 verbunden sind. An den Knotenelementen 4 befinden
sich Radträger 5, die entweder unmittelbar an
den Knotenelementen 4 ausgeformt sein können,
oder aber, wie in 1 dargestellt, z. B. als separate
Platten an den Knotenelementen 4 befestigt sind.
-
Weiterhin
umfasst die Schweißkonstruktion zwei separate Schubbleche 6 am
Querträger 3, deren Funktion weiter unten noch
näher erläutert wird, sowie zwei separate Lagerbuchsen 7,
die an den Längslenkern 2 befestigt sind, um die
Verbundlenker-Hinterachse 1 am Fahrzeugaufbau schwenkbar zu
lagern. Die Schwenkachse B verläuft dabei in Fahrzeugquerrichtung.
In den Lagerbuchsen 7 sind vorzugsweise Gummi-Metall-Lager
angeordnet, welche in bestimmten Fahrsituationen eine erwünschte Spurkorrektur
ermöglichen. Zwischen der Verbundlenker-Hinterachse 1 und
dem Fahrzeugaufbau sind ferner nicht näher dargestellte
Federn und Dämpfer angeordnet, über die die Masse
des Fahrzeugs in an sich bekannter Art und Weise auf der Achse abgestützt
ist.
-
Wie 1 weiter
entnommen werden kann, verlaufen die Längslenker 2 von
den an einem vorderen Endabschnitt angeordneten Lagerbuchsen 7 im Wesentlichen
in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten, wo sie in Fahrzeuglängsrichtung
durch die Knotenelemente 4 nach hinten verlängert
werden. Dabei weisen die Längslenker 2 in Richtung
der Knotenelemente 4 jeweils eine zunehmende Breite auf,
so dass sich an deren Rückseiten, an denen die Knotenelemente 4 angeschlossen
sind, eine breite Abstützbasis ergibt. In der Ansicht von
oben oder unten besitzen die Längslenker 2 die
Form eines rechtwinkligen Dreiecks, dessen kurze Kathete nach hinten
weist und mit dem Knotenelemente 4 verbunden ist. Bei einer
möglichen Schrägstellung der Längslenker 2 ist die
Dreiecksform nicht mehr rechtwinklig. Es weist dann die kürzeste
Seite des Dreiecks nach hinten und dient der Anbindung eines Knotenelements 4. Die
Knotenelemente 4 lassen sich so jeweils sehr stabil mit
den Längslenkern 2 verbinden.
-
Die
Längslenker 2 weisen einen im Wesentlichen U-förmigen
Profilquerschnitt auf, wobei die offene Profilseite zur jeweiligen
Radseite zeigt. Das U-Profil ist somit liegend angeordnet. Zur Gewichtsverminderung
können an den Flanken des U-Profils Öffnungen 8 vorgesehen
sein. Gegebenenfalls kann das U-Profil zusätzlich durch
Versteifungsstreben ausgesteift sein. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels
sind auch andere Profilformen möglich.
-
Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt die Breite
der liegenden Schenkel 9 des U-förmigen Profilquerschnitts
in Fahrzeugquerrichtung zu den Knotenelementen 4 hin zu.
Es ergibt sich somit zu den Knotenelementen 4 hin eine
zunehmende Profilbreite. Ein die Schenkel 9 verbindender
Steg 10 des U-Profils ist an der zur Achsmitte weisende
Seite angeordnet, so dass die Längslenker 2 an
der zur Achsmitte weisende Seite steifer sind als an der Radseite.
Dies ermöglicht bei Einwirkung einer Seitenkraft eine geringfügige
Verformung der Verbundlenker-Hinterachse 1, welche einen
gewünschten Vorspureffekt bewirkt, jedoch ansonsten in
keiner Weise die Seitenkraftabstützung über die
Längslenker 2 beeinträchtigt.
-
Der
Querträger 3 verbindet die beiden Knotenelemente 4 in
Fahrzeugquerrichtung. Er ist bezogen auf die Fahrtrichtung V hinter
den Längslenkern 2 angeordnet. Bevorzugt liegt
der Querträger 3 bezogen auf die Fahrtrichtung
V im Bereich einer hinteren Radachse A oder sogar hinter dieser.
Im Vergleich zu herkömmlichen Verbundlenker-Hinterachsen
ist somit bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Querträger 3 in
Fahrzeuglängsrichtung nach hinten versetzt.
-
Zur
Ankopplung an die Knotenelemente 4 ist der Querträger 3 an
seinen Endabschnitten 11 als Hohlprofil mit zueinander
weisenden Längskanten 12 ausgebildet. Diese Endabschnitte 11 sind
in korrespondierenden Aufnahmen 13 der Knotenelemente 4 aufgenommen
und mit den Knotenelementen 4 verschweißt. Die
Knotenelemente 4 sind hierzu als kastenförmige
Hohlkörper ausgebildet, an denen die Aufnahmen 13 ausgeformt
sind. Wie die 2 bis 4 zeigen,
weisen die Endabschnitte 11 des Querträgers 3 einen
unrunden Profilquerschnitt auf. Gleiches gilt für die korrespondierenden
Aufnahmen 13 der Knotenelemente 4, welche eine
den Endabschnitten 11 des Querträgers 3 entsprechende Querschnittsform
aufweisen. Hierdurch lassen sich Torsionsmomente auch formschlüssig
abstützen. In den Aufnahmen 13 der Knotenelemente 4 sind
die Profilquerschnitte der Endabschnitte 11 des Querträgers 3 voll
umschlossen bzw. in Umfangsrichtung von dem Knotenelement 4 umgeben.
Die Endabschnitte 11 sind jeweils vollständig
in die Knotenelemente 4 bzw. die an diesen ausgeformten
Aufnahmen 13 eingesteckt.
-
Wie 2 zeigt,
ist der Querträger 3 als Hohlprofil ausgebildet,
das einen U- oder V-förmigen Profilquerschnitt aufweist.
Die offene Seite des an einer Längsseite offenen Hohlprofils
weist bevorzugt nach unten. An den Endabschnitten 11 ist
das Hohlprofil des Querträgers 3 jedoch in Umfangsrichtung geschlossen.
Dies wird durch die oben bereits erwähnten Schubbleche 6 gewährleistet,
welche zwischen den zueinander weisenden Längskanten 12 des
Hohlprofils eingepasst sind. Hierdurch wird ein Zusammendrücken
der Endabschnitte 11 unterbunden. Die Schubbleche 6 sorgen
vielmehr für eine in Umfangsrichtung spaltfreie Form, die
im Vergleich zu einem Mittelabschnitt 14 des Querträgers 3,
der an einer Längsseite offen ist, torsionssteifer ist.
-
Zur
Vermeidung von Spannungsspitzen im Übergang zu den Knotenelementen 4 erstrecken
sich die Schubbleche 6 jeweils vom Endabschnitt 11 in Richtung
des Mittelabschnitts 14 in das Hohlprofil des Querträgers 3 hinein
und sind mit diesem verschweißt. Jedes Schubblech 6 weist
zwei im wesentlichen parallele Arme 15 auf, die von einem
im Endabschnitt 11 des Querträgers 3 angeordneten
Verbindungsabschnitt 16 ausgehend schräg in das
Hohlprofil des Querträgers 3 hineinverlaufen.
Der Verbindungsabschnitt 16 ist dabei zwischen den kragenförmig
einwärts gekrümmten Längskanten 12 eingegliedert,
so dass sich dessen Seitenkanten an den zueinander weisenden Längskanten 12 der
Endabschnitte 11 abstützen.
-
Der
Verbindungsabschnitt 16 geht über eine oder mehrere
Sicken 17 in die Arme 15 über. Wie 4 zeigt,
können die Arme 15 bzw. deren Haupterstreckungsebene
zu dem Verbindungsabschnitt 16 um die Längsachse
des Querträgers 3 etwas verdreht angeordnet sein,
wobei der Verdrehwinkel in der Größenordnung von
5 bis 20° liegt. Die Arme 15 erstrecken sich lediglich über
einen Teilbereich der Länge des Querträgers 3,
so dass zwischen den freien Enden der Arme 15 der beiden
Schubbleche 6 ein unversteifter Querträgerabschnitt
besteht.
-
Der
vorstehend erläuterte Querträger 3 kann in
unterschiedlichen Verbundlenkerachsen einer Bauserie zum Einsatz
kommen. Eine Einstellung der Stabilisatorrate der Achse wird durch
einen Beschnitt des Querträgers 3 erzielt. Dies
hat den Vorteil, dass zur Darstellung unterschiedlicher Stabilisatorraten nicht
verschiedene Querträger, Versteifungselemente oder Achsen
vorgehalten werden müssen. Wie insbesondere die 3 und 5 zeigen,
weist der Profilquerschnitt des Querträgers 3 im
Mittelbereich eine in Fahrtrichtung vornliegende Profilflanke 20 und
eine in Fahrtrichtung hintenliegende Profilflanke 21 auf.
Die hintenliegende Profilflanke 21 bildet dabei an ihrer
freien Längskante 12 einen nach außen
umgebogenen Kragen 22 aus. An der hintenliegenden Profilflanke 21 ist
die Längskante 12 somit umgekehrt zu den Endabschnitten 11 umgebogen.
Die vornliegende Profilflanke 20 ist an ihrer freien Längskante 12 hingegen
kragenfrei. Wie 5 zeigt, kann durch einen entsprechenden
Beschnitt 23 im Bereich der vornliegenden Profilflanke 20 die
Stabilisatorrate eingestellt werden. Im unbeschnittenen Zustand,
das heißt bei einer Profilflanke 20 unter Einschluss
der in 5 dargestellten Fläche 23 ergibt
sich ein Torsionsprofil mit einer hohen Stabilisatorrate. Ist der
Beschnitt 23 entfernt, so dass der Querträger 3 im
Mittelabschnitt 14 eine beschnittene Längskante 12 aufweist,
ergibt sich ein Torsionsprofil mit kleinerer Stabilisatorrate. Selbstverständlich
ist es auch möglich, die hintenliegende Profilkante 21 oder
beide Profilkanten 20 und 21 zwecks Einstellung
der Stabilisatorrate zu beschneiden, wobei die zu beschneidenden Längskanten 12 bevorzugt
kragenfrei ausgebildet werden.
-
Die
vorstehend erläuterte Verbundlenker-Hinterachse 1 ist
zum einen einfach und kostengünstig herstellbar. Insbesondere
ermöglicht sie in der Serienfertigung die Darstellung unterschiedlicher Stabilisatorraten
ohne zusätzliche Komponenten oder das Vorhalten unterschiedlicher
Querträger. Gleichwohl ermöglicht sie gute Komforteigenschaften
in Verbindung mit einer guten Fahrdynamik. Die erfindungsgemäße
Verbundlenker-Hinterachse 1 zeichnet sich darüber
hinaus durch ein geringes Gewicht aus.
-
Die
Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
sowie Abwandlungen desselben näher erläutert.
Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst
alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
-
- 1
- Verbundlenkerachse-Hinterachse
- 2
- Längslenker
- 3
- Querträger
- 4
- Knotenelemente
- 5
- Radträger
- 6
- Schubblech
- 7
- Lagerbuchse
- 8
- Öffnung
- 9
- Schenkel
- 10
- Steg
- 11
- Endabschnitt
- 12
- Längskante
- 13
- Aufnahme
- 14
- Mittelabschnitt
- 15
- Arme
- 16
- Verbindungsabschnitte
- 17
- Sicke
- 20
- vornliegende
Profilflanke
- 21
- hintenliegende
Profilflanke
- 22
- umgebogener
Kragen
- 23
- Beschnitt
- A
- Radachse
- B
- Schwenkachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19542522
A1 [0002]
- - DE 19840134 A1 [0002]
- - DE 10336800 A1 [0002]