DE10254556A1

DE10254556A1 - Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10254556A1
Application number: DE10254556A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Streubel
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2003-07-10

Abstract

Die Verbundlenkerachse (1) für ein Kraftfahrzeug umfasst einen sich geradlinig erstreckenden einteiligen stählernen Querträger (2) mit rohrförmigen torsionssteifen Endabschnitten (3) sowie mit einem zwischen den Endabschnitten (3) liegenden torsionsweichen Längenabschnitt (5) und zwei mit den Endabschnitten (3) verschweißte kastenförmige stählerne Länkslenker (4). Die rohrförmigen Endabschnitte (3) durchdringen an ihre Außenkonturen angepasste Durchbrechungen in den Seitenwänden der jeweils aus einer U-förmigen Unterschale und einer U-förmigen Oberschale über ihre einander zugewandten Schenkel zusammen geschweißten Längslenker (4). Auf beiden Seiten der Längslenker (4) sind die Endabschnitte (3) über ihren gesamten Umfang mit den Seitenwänden der Längslenker (4) verschweißt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Verbundlenkerachse zählt durch die EP 0 681 932 B1 zum Stand der Technik. Sie weist einen sich geradlinig erstreckenden einteiligen stählernen Querträger mit rohrförmigen torsionssteifen Endabschnitten sowie mit einem zwischen den Endabschnitten liegenden torsionsweisen Längenabschnitt auf. Der torsionsweiche Längenabschnitt ist bevorzugt U-förmig ausgebildet und durch radiales Einprägen eines Rohrs gebildet. Er ist daher doppellagig gestaltet. Die Endabschnitte sind mit kastenförmigen stählernen Längslenkern verschweißt. Dazu sind an den Längslenkern aufeinander zu gerichtete Stutzen vorgesehen, an welchen die Endabschnitte befestigt werden.
Durch Verdrehen des Querträgers vor dem Verschweißen kann der jeweils gewünschte Schubmittelpunkt im Fahrzeug eingestellt werden, so dass hierüber ein gewünschtes Fahrverhalten erzielt werden kann.
Schwierigkeiten ergeben sich jedoch bezüglich der Steifigkeit und Festigkeit der Verbindungen des Querträgers mit den Längslenkern, weil die Schweißverbindungen nur auf den Innenseiten und im seitlichen Abstand zu den Längslenkem liegen.
Durch die US-PS 4,758,019 ist eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welcher die Enden eines komplett rohrförmigen Querträgers Ausnehmungen in den kastenförmigen Längslenkern durchsetzen. Die Art der Verbindung ist nicht näher beschrieben. In den Enden sollen jedoch Blattfedern und Puffer angeordnet sein, welche die Vertikalfederung der Verbundlenkerachse gewährleisten sollen.
In der DE 196 05 283 A1 wird eine Längslenkeraufhängung für Fahrzeuge beschrieben, die einen V-förmigen Querträger besitzt, der über vergleichsweise komplizierte kurvenförmige Schweißnähte mit großen kastenartigen Längslenkern verbunden ist. Die Übergangsbereiche zwischen dem Querträger und den Längslenkern sind daher relativ großvolumig. Ein beliebiges Verdrehen des Querträgers relativ zu den Längslenkern vor dem Verschweißen ist nicht möglich.
Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug bereit zu stellen, bei welcher bei bauraumoptimierter schlanker Ausführung der Längslenker die Spannungen im Übergangsbereich vom Querträger auf die Längslenker auf ein niedriges Niveau gesenkt werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Eine bauoptimierte schlanke Ausbildung der Längslenker wird dadurch erreicht, dass diese jeweils aus einer U-förmigen Unterschale und einer U-förmigen Oberschale bestehen, die über die Stirnflächen ihrer einander zugewandten Schenkel verschweißt sind. In den Seitenwänden dieser Längslenker sind Durchbrechungen vorgesehen, deren Querschnitt an die Außenkontur der rohrförmigen Endabschnitte des Querträgers angepasst sind. Im Hinblick auf den Sachverhalt, dass der Querträger vor dem Verschweißen mit den Längslenkern um seine Längsachse zur Einstellung des Schubmittelpunkts drehbar sein soll, sind die Endabschnitte rotationssymmetrisch ausgebildet. Ebenso sind dann auch die Durchbrechungen in den Seitenwänden gestaltet. Van Bedeutung ist, dass die torsionssteifen Endabschnitte des Querträgers die Längslenker auf ihrer gesamten Breite durchsetzen und die Endabschnitte auf beiden Seiten der Längslenker über mehr als die Hälfte des Umfangs mit den Seitenwänden der Längslenker verschweißt sind. Diese Art der Verbindung des Querträgers mit den Längslenkern ermöglicht eine Reduzierung der Spannungen auf ein akzeptables Niveau. Komplizierte Schweißnähte entfallen, so dass auch kein besonderes Schweißverfahren zur Verbindung der Längslenker mit dem Querträger erforderlich ist.
Die die Endabschnitte des Querträgers mit den Längslenkern verbindenden Schweißnähte können sich auf beiden Seiten der Längslenker über den gesamten Umfang der Endabschnitte erstrecken. Denkbar ist aber auch eine Ausführungsform, bei welcher sowohl innen- als auch außenseitig die Schweißnähte sich nur über einen Teil des Umfangs erstrecken. Hierbei können solche Schweißnähte durchgehend sein. Es können aber auch mehrere im Abstand im Umfang aufeinander folgende Schweißnähte vorgesehen werden. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher auf den Innenseiten der Längslenker über den gesamten Umfang durchgehende Schweißnähte vorgesehen sind, während auf den Außenseiten der Längslenker die Endabschnitte des Querträgers über solche Schweißnähte mit den Längslenkern verbunden werden, die sich nur über einen Teil des Umfangs erstrecken.
Um die Spannungen an den Übergängen von dem Querträger auf die Längsträger noch weiter zu senken, ist gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 2 vorgesehen, dass mindestens auf den dem Querträger zugewandten Seiten der Längslenker die Ränder der Durchbrechungen aus den Ebenen der Seitenwände bogenförmig ausgestülpt sind. Auf diese Weise werden sanfte Radienübergänge geschaffen, die das angestrebte Spannungsverhalten optimieren.
Die Herstellung der Längslenker wird vereinfacht, wenn nach Patentanspruch 3 die Teilungsebene der Längslenker sich in einer durch die gemeinsame Längsachse der Endabschnitte des Querträgers verlaufenden Ebene erstreckt.
Denkbar kann es aber auch sein, dass die Teilungsebene etwas unterhalb oder oberhalb der Längsachse der Endabschnitte verläuft.
Das Bauvolumen der Längslenker kann dadurch noch mehr verringert werden, dass entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 4 die Höhe der Längslenker neben den Endabschnitten des Querträgers etwa dem Durchmesser der Endabschnitte angepasst ist und in den Durchdringungsbereichen der Endabschnitte die Oberschalen nach oben und die Unterschalen nach unten bogenförmig ausgewölbt sind. Die Auswölbung entspricht etwa der doppelten Wanddicke der Ober- und Unterschalen.
Die Schlankheit der Längslenker wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 5 gefördert. Danach entspricht die Breite der Längslenker in den Durchdringungsbereichen der Endabschnitte des Querträgers etwa dem Durchmesser der Endabschnitte.
Der mit torsionssteifen Endabschnitten sowie einem zwischen den Endabschnitten liegenden torsionsweichen Längenabschnitt versehene Querträger kann gemäß Patentanspruch 6 dadurch gebildet sein, dass der Querträger durch Stanzen, rohrförmiges Biegen und Schweißen einer ebenen Blechplatine gebildet ist. Er hat demnach über seine gesamte Länge im Querschnitt eine gleichmäßig rohrförmige Kontur. Der Querträger ist folglich über seine gesamte Länge einlagig gestaltet, so dass er zwar gegen Korrosion geschützt werden muss, jedoch endseitig offen ausgebildet sein kann. Der segmentartig ausgeschnittene Bereich verläuft gleichmäßig kurvenförmig von dem einen bis zum anderen Endabschnitt.
Denkbar ist aber auch eine Ausführungsform, gemäß welcher nach Patentanspruch 7 der zwischen den Endabschnitten liegende U-förmige torsionsweiche Längenabschnitt des Querträgers durch radiales Einprägen eines Rohrs gebildet ist. Der Querträger ist dadurch im mittleren torsionsweichen Längenabschnitt doppellagig gestaltet.
Bei einem derartigen Querträger kann es nach Patentanspruch 8 dann sinnvoll sein, die Endabschnitte des Querträgers auszuschäumen, um einen sicheren Korrosionsschutz zu schaffen.
Zusätzlich kann es gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9 noch zweckmäßig sein, die Stirnseiten des Querträgers mit Abdeckkappen zu versehen. Diese können insbesondere aus Kunststoff bestehen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in der Perspektive eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug;
Fig. 2 in vergrößertem Maßstab in der Perspektive einen Endabschnitt der Verbundlenkerachse der Fig. 1;
Fig. 3 einen vertikalen Längsschnitt durch die Darstellung der Fig. 2 entlang der Linie III-III in Richtung der Pfeile illa gesehen und
Fig. 4 in schematischer Draufsicht eine Platine zur Fertigung des Querträgers der Verbundlenkerachse der Fig. 1.
In der Fig. 1 ist mit 1 eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug bezeichnet. Die Verbundlenkerachse 1 weist einen sich geradlinig erstreckenden einteiligen stählernen Querträger 2 sowie mit den Endabschnitten 3 des Querträgers 2 verbundene stählerne Längslenker 4 auf.
Der Querträger 2 besitzt rohrförmige torsionssteife Endabschnitte 3 und einen zwischen den Endabschnitten 3 liegenden torsionsweichen Längenabschnitt 5. Der torsionsweiche Längenabschnitt 5 ist dadurch gebildet, dass ein Wandabschnitt 6 segmentartig entfernt worden ist. Die Umfangslänge der stehen gebliebenen Wand 22 nimmt - ausgehend von der vertikalen Mittelquerebene VMQE des Querträgers 2 - bis zu den umfangsseitig geschlossenen Endabschnitten 3 kontinuierlich zu. Der Querträger 2 ist durch Stanzen, rohrförmiges Biegen und Längsnahtschweißen einer ebenen rechteckigen Blechplatine 7 gebildet. Dadurch hat der Querträger 2 über seine gesamte Länge L im Querschnitt eine gleichmäßige rohrförmige Kontur. Die Blechplatine 7 ist in Fig. 4 schematisch angedeutet.
Die Längslenker 4 sind kastenförmig gestaltet und umfassen jeweils eine U- förmige Unterschale 8 und eine U-förmige Oberschale 9, die über die Stirnflächen ihrer einander zugewandten Schenkel 10 zusammengeschweißt sind ( Fig. 2). Die Teilungsebene TE der Längslenker 4 erstreckt sich in der durch die Längsachse 11 der Endabschnitte 3 des Querträgers 2 verlaufenden Ebene E-E.
In den durch die Schenkel 10 gebildeten Seitenwänden der Längslenker 4 sind an die Außenkonturen der rohrförmigen Endabschnitte 3 des Querträgers 2 angepasste Durchbrechungen 12 vorgesehen. Die Endabschnitte 3 durchsetzen die Längslenker 4 auf ihrer gesamten Breite B.
Die Höhe der Längslenker 4 in den Bereichen 13 neben den Endabschnitten 3 des Querträgers 2 ist etwa dem Durchmesser D der Endabschnitte 3 angepasst. In den Durchdringungsbereichen sind die Oberschalen 9 nach oben und die Unterschalen 8 nach unten bogenförmig gewölbt. Auf diese Weise können die Ränder 14 der dem torsionsweichen Längenabschnitt 5 zugewandten Durchbrechungen 12 aus den Ebenen der durch die Schenkel 10 gebildeten Seitenwände bogenförmig ausgestülpt (diffusorartig) werden (Fig. 1 bis 3), so dass diese sich an die Oberflächen 15 der Endabschnitte 3 anschmiegen. Die Stirnseiten der ausgestülpten Ränder 14 sind mit den Oberflächen 15 durch Kehlschweißnähte 16 verbunden (Fig. 3). Auch die außen liegenden, senkrecht auf die Endabschnitte 3 stoßenden Ränder 23 der Durchbrechungen 12 sind durch Kehlnähte 16 mit den Endbereichen 3 verschweißt.
Die Breite B der Längslenker 4 entspricht in den Durchdringungsbereichen der Endabschnitte 3 des Querträgers 2 etwa dem Durchmesser D der Endabschnitte 3 (Fig. 3).
An einem Ende weisen die Längslenker 4 Lageraugen 17 auf, über die sie mit dem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs vertikal schwenkbar verbunden werden können.
Am anderen Ende sind die Längslenker 4 jeweils mit einem Radträger 18 zur Lagerung eines Rads sowie mit einem eingeprägten Federteller 19 zur Aufnahme nicht näher dargestellter Schraubendruckfedern versehen.
Die Aufnahmen 21 dienen der Anlenkung von Stoßdämpfern.
Ist der Querträger nicht, wie dargestellt, aus einer ebenen Blechplatine 7 gebildet, sondern aus einem geschweißten oder gezogenen Rohr gefertigt, das im mittleren torsionsweichen Längenabschnitt 5 radial eingeprägt und dadurch hier doppelwandig ausgebildet ist, sind die Endabschnitte 3 eines solchen Querträgers 2 vorzugsweise ausgeschäumt. Auch können dann die Endabschnitte 3 mit stirnseitigen Abdeckkappen 20, insbesondere aus Kunststoff, versehen sein (Fig. 3). Bezugszeichenaufstellung 1 Verbundlenkerachse
2 Querträger v. 1
3 Endabschnitte v. 2
4 Längslenker v. 1
5 torsionsweicher Längenabschnitt
6 Wandabschnitt v. 5
7 Blechplatine
8 Unterschale v. 4
9 Oberschale v. 4
10 Schenkel v. 8, 9
11 Längsachse v. 3
12 Durchbrechungen in 4
13 Bereiche v. 4
14 Ränder v. 12
15 Oberflächen v. 3
16 Kehlschweißnähte
17 Lageraugen
18 Radträger
19 Federteller
20 Abdeckkappe
21 Aufnahmen
22 verbliebene Wand
23 Ränder v. 12
B Breite v. 4
D Durchmesser v. 3
E-E Ebene durch 11
TE Teilungsebene v. 4
VMQE vertikale Mittelquerebene

Claims

1. Verbundlenkerachse (1) für ein Kraftfahrzeug, die einen sich geradlinig erstreckenden, einteiligen stählernen Querträger (2) mit rohrförmigen torsionssteifen Endabschnitten (3) sowie mit einem zwischen den Endabschnitten (3) liegenden torsionsweichen Längenabschnitt (5) und zwei mit den Endabschnitten (3) verschweißte kastenförmige stählerne Längslenker (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmigen Endabschnitte (3) des Querträgers (2) an ihre Außenkonturen angepasste Durchbrechungen (12) in den Seitenwänden der jeweils aus einer U-förmigen Unterschale (8) und einer U-förmigen Oberschale (9) über ihre einander zugewandten Schenkel (10) zusammen geschweißten Längslenker (4) durchdringen und auf beiden Seiten der Längslenker (4) über mehr als die Hälfte des Umfangs mit den Seitenwänden der Längslenker (4) verschweißt sind.

2. Verbundlenkerachse nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens auf den dem torsionsweichen Längenabschnitt (5) des Querträgers (2) zugewandten Seiten der Längslenker (4) die Ränder (14) der Durchbrechungen (12) aus den Ebenen der Seitenwände bogenförmig ausgestülpt sind.

3. Verbundlenkerachse nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsebene (TE) der Längslenker (4) sich in einer durch die Längsachse (11) der Endabschnitte (3) des Querträgers (2) verlaufenden Ebene (E-E) erstreckt.

4. Verbundlenkerachse nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Längslenker (4) neben den Endabschnitten (3) des Querträgers (2) etwa dem Durchmesser (D) der Endabschnitte (3) angepasst ist und in den Durchdringungsbereichen der Endabschnitte (3) die Oberschalen (9) nach oben und die Unterschalen (8) nach unten bogenförmig gewölbt sind.

5. Verbundlenkerachse nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) der Längslenker (4) in den Durchdringungsbereichen der Endabschnitte (3) des Querträgers (2) etwa dem Durchmesser (D) der Endabschnitte (3) entspricht.

6. Verbundlenkerachse nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der über seine gesamte Länge (L) im Querschnitt eine gleichmäßige rohrförmige Kontur aufweisende Querträger (2) zwischen den Endabschnitten (3) segmentartig ausgeschnitten ist, wobei die Umfangslänge der verbliebenen Wand (22) von der vertikalen Mittelquerebene (VMQE) des Querträgers (2) aus bis zu den Endabschnitten (3) kontinuierlich zunimmt.

7. Verbundlenkerachse nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den Endabschnitten (3) liegende, U-förmig gestaltete torsionsweiche Längenabschnitt (5) des Querträgers (2) durch radiales Einprägen eines Rohrs doppelwandig ausgebildet ist.

8. Verbundlenkerachse nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (3) des Querträgers (2) ausgeschäumt sind.

9. Verbundlenkerachse nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten des Querträgers (2) mit Abdeckkappen (20) versehen sind.