DE60024313T2

DE60024313T2 - Hinterachse mit einem geschweiften querträger

Info

Publication number: DE60024313T2
Application number: DE60024313T
Authority: DE
Inventors: Fernando Rodriguez; Christine Royer; Stephane Klein
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2020-12-16
Also published as: EP1240039B1; BR0016513A; ES2248161T3; WO2001045970A3; DE60024313D1; WO2001045970A2; JP2003534961A; FR2802468A1; EP1240039A2; FR2802468B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Achse, insbesondere eine hintere Achse, für ein Kraftfahrzeug, wie sie aus dem Dokument EP 0 430 728 A bekannt ist, welches den nächstkommenden Stand der Technik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet.
Die Erfindung betrifft noch genauer eine Achse, insbesondere eine hintere Achse, für ein Kraftfahrzeug, von der Art, welche mindestens zwei im Wesentlichen longitudinale Arme aufweist, welche um eine Achse transversal im Verhältnis zu einem Element der Karosseriestruktur des Fahrzeugs angelenkt sind, von der Art, bei welcher die Arme über einen transversalen Querträger miteinander verbunden sind, welcher an den Armen an ihren Enden befestigt ist und welcher in Biegung erhöhte und in Torsion reduzierte Steifigkeitseigenschaften aufweist, von der Art, bei welcher der Querträger aus zwei Flügeln gebildet ist, die in Längsschnitt im Wesentlichen in Form eines U zusammengefügt sind.
Man kennt vielzählige Arten von Hinterachsen von Kraftfahrzeugen.
Viele der Hinterachsen sind Hinterachsen von der Art „gezogene Achsen", welche zwei longitudinale Arme aufweisen, die an der Vorderseite durch Lager einer transversalen Achse im Verhältnis zu einer Karosserie des Fahrzeuges angelenkt sind und welche miteinander durch einen transversalen Torsionsquerträger verbunden sind, der zwei Platten oder Flügel aufweist, die über eine gemeinsame Kante verbunden sind, und welcher in Längsschnitt somit im Wesentlichen die Form eines U oder eines V aufweist.
Gemäß einem ersten bekannten Konzept wird die Verbindung dieses transversalen Querträgers, der herkömmlicherweise gerade ist, mit den Armen über eine Schweißung realisiert und erfordert zu Zwecken einer Verstärkung der Achse ebene, dreieckige Verstärkungswinkel, welche auch als „Eckstücke" bezeichnet werden, die in einer Ebene angeordnet werden, die im Allgemeinen den Armen und dem Querträger gemeinsam ist, und welche an dem Querträger und an den Armen der Achse angeschweißt sind.
Dieses Konzept weist den Nachteil auf, während dem Herstellungsprozess strenge Positioniertoleranzen des Querträgers, der Arme und der Eckstücke der Achse zueinander aufzuerlegen, was zu erhöhten Herstellungskosten führt.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man gemäß einem zweiten bekannten Konzept vorgeschlagen, die Verstärkungseckstücke und den herkömmlicherweise geraden Querträger durch einen Querträger zu ersetzen, welcher eine aufgeweitete Form in seiner Verbindungszone mit den Armen aufweist. Ein derartiger Querträger weist einen Querschnitt auf, welcher größer ist gemäß der Längsrichtung in der Nähe der Arme als in seiner Mitte.
Dieses Konzept erlaubt es, sich von dem Hinzufügen von Verstärkungseckstücken zu befreien, und greift darauf zurück, eine Achse vorzusehen, deren Verstärkungseckstücke in dem Querträger integriert sind.
Man hat jedoch festgestellt, dass die Abschnitte des Querträgers, welche einer Torsionsbelastung ausgesetzt sind, nicht gerade bleiben, sondern sich verbiegen. Dieses Phänomen ist besonders spürbar in der Nähe der Verbindungen zwischen dem Querträger und den Armen aufgrund der Erhöhung der longitudinalen Abmessung der Flügel des Abschnitts. Die Verbiegung der betroffenen Abschnitte ruft das Auftreten von sehr großen Kräften auf Höhe der Verbindungen zwischen dem Querträger und den Armen hervor, die höchst schädlich für ihre Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung sind und einen Bruch der Verbindungen mit sich bringen können.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, schlägt die Erfindung eine Achse vor, welche einen Querträger aufweist, dessen Form die Behebung von Ermüdungsbeanspruchungen erlaubt.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung eine Achse von der Art vor, welche zuvor beschrieben wurde, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flügel des Querträgers einen freien Rand aufweist, welcher an jedem Ende des Querträgers gemäß einem Bogen gebogen ist, welcher mit der allgemeinen transversalen Richtung des Querträgers in Tangente kommt und welcher mit der allgemeinen longitudinalen Richtung des zugehörigen Arms in einer Weise in Tangente kommt, um lokal die longitudinale Abmessung des Schenkels des U zu reduzieren und somit eine Verbindungszone zu erzeugen, in welcher sich die Spannungen der Verwindung aufheben.
Gemäß anderen Merkmalen der Erfindung:

– ist der freie Rand jedes Flügels des Querträgers zusätzlich im Verhältnis zur Ebene jedes Flügels gekrümmt,
– ist der freie Rand jedes Flügels in Richtung zur Außenseite des U-förmigen Querträgers gekrümmt,
– ist der freie Rand jedes Flügels in Richtung zur Innenseite des U-förmigen Querträgers gekrümmt,
– wird während der Herstellung des Querträgers der freie Rand jedes Flügels einer Behandlung durch Strahlverfestigen ausgesetzt, um die Eigenschaften einer Haltbarkeit des Querträgers gegen Ermüdung zu verbessern,
– wird bei der Herstellung des Querträgers der freie Rand jedes Flügels einer Behandlung durch Kaltverfestigung, insbesondere durch Walzen, ausgesetzt, um die Eigenschaften der Haltbarkeit des Querträgers gegen Ermüdung zu verbessern,
– ist der Querträger an jedem seiner Enden aufgeweitet, wobei jeder Schenkel des U seiner Flügel von einer von der Mitte des Querträgers bis zur Verbindungszone jedes seiner Enden zunehmenden Länge ist,
– ist der Querträger ausgehend von einem Stück eines Profils realisiert,
– wird bei der Herstellung des Querträgers das Profil kalt verformt, um die Ausweitungen und/oder die Ausschnitte und/oder die gekrümmten Ränder seiner Flügel zu realisieren,
– ist der Querträger an den Armen angeschweißt,
– ist der Querträger an den Armen mittels demontierbarer Verankerungspunkte zusammengefügt.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der detaillierten, nachfolgenden Beschreibung offenbar, für deren Verständnis man sich auf die beigefügten Zeichnungen beziehen wird, in welchen:
1 eine schematische Ansicht einer Hinterachse eines Kraftfahrzeugs ist,
2 eine lokale Perspektivansicht eines Querträgers gemäß dem Stand der Technik und von Verwindungsbeanspruchungen ist, welche auf ihn ausgeübt werden,
3 eine Perspektivansicht eines Querträgers gemäß der Erfindung ist,
4 eine Vorderansicht einer Halbachse ist, welche einen Querträger gemäß der Erfindung aufweist,
5 eine Schnittansicht gemäß der Linie 5-5 aus 4 der Verbindung des Querträgers an dem Arm ist,
6 und 7 Schnittansichten gemäß den Linien 6-6 und 7-7 aus der 4 von Querschnitten des Endes und der Mitte des Querträgers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind, und
8 eine Schnittansicht über eine longitudinale Ebene eines Endquerschnitts des Querträgers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist.
In der nachfolgenden Beschreibung bezeichnen identische Bezugszeichen identische Teile oder solche, welche ähnliche Funktionen aufweisen.
Man wird, ohne dass dies beschränkend sei und in Bezugnahme auf die Figuren, die Begriffe longitudinal, transversal, vertikal, vorne und hinten verwenden.
In der 1 hat man schematisch eine Achse 10, insbesondere eine hintere Achse, für ein Kraftfahrzeug dargestellt.
Die dargestellte Achse 10 ist eine Achse von der Art „gezogene Achse", welche zwei im Wesentlichen longitudinale Arme 12 einer Richtung L aufweist, die an vorderen Enden 14 über Drehgelenke 16 einer transversalen Achse A angelenkt sind, welche mit einem Element (nicht dargestellt) der Karosseriestruktur des Fahrzeugs verbunden sind und von denen hintere Enden 18 Radnaben 20 des Fahrzeuges tragen.
Die Achse 10 weist einen im Wesentlichen transversalen Querträger 22 auf, parallel zu der transversalen Richtung T, der über seine Enden 28 mit jedem der Arme 12 verbunden ist. Der Querträger 22 ist in Biegung starr, jedoch ist er in Torsion um seine transversale Richtung deutlich elastisch, in einer Weise, um eine leichte relative Bewegung in Drehung um die Achse A jedes Arms 12 im Verhältnis zum anderen zu erlauben.
Auf bekannte Art und Weise kann ein derartiger Querträger 22 in Form eines Profilstücks realisiert werden, welches im Querschnitt in einer longitudinalen Ebene des Fahrzeuges im Wesentlichen die Form eines U oder eines V aufweist.
In den nachfolgenden Figuren und auf nicht-beschränkende Art und Weise für die Erfindung hat man einen Querträger 22 dargestellt, dessen Querschnitt die Form eines U aufweist. Der Querträger 22 weist zwei Flügel 24 und 26 auf, welche mit einander durch eine transversale, gemeinsame Kante 27 verbunden sind. Wie es in der 2 dargestellt ist, ist jeder Flügel 24 oder 26 gemäß einem Schenkel des U des zuvor beschriebenen Profilstücks angeordnet.
Auf bekannte Art und Weise wird der in der 1 dargestellte Querträger 22 an jedem seiner Enden 28 an dem entsprechenden Arm 12 angeschweißt. Wie es in der 3 dargestellt ist, weist zum Sicherstellen einer optimalen Widerstandsfähigkeit der Verbindung des Querträgers 22 an den entsprechenden Armen 12 der Querträger 22 in der im Allgemeinen mit den Armen 12 und mit dem Querträger 22 gemeinsamen Ebene eine erweiterte bzw. aufgeweitete Form auf, welche es erlaubt, die Kräfte in den Schweißpunkten aufzuteilen, welche den Querträger 22 mit dem Arm 12 verbinden.
Dieses Konzept tendiert jedoch dazu, den Querschnitt S jedes Endes 28 des Querträgers 22 einer Beanspruchung einer Verwindung G zu unterziehen, wie es durch die Pfeile in der 2 dargestellt ist. Diese Beanspruchung G wird transversal gemäß der Richtung T auf die Äste des U des Querschnitts S ausgeübt und unterzieht die Schweißpunkte (nicht dargestellt), welche den Querträger 22 mit den Armen 12 verbinden, beträchtlichen Beanspruchungen. Diese Beanspruchung G ist umso höher, wie der in Betracht gezogene Querschnitt S in der Nähe des Endes 28 des Querträgers 22 angeordnet ist.
Des Weiteren ist, wenn die Achse 10 unterschiedlichen Kräften unterworfen ist, welche aus dem Fahren des Fahrzeuges resultieren, diese Beanspruchung G fähig, eine wechselnde Beanspruchung zu werden.
Es ist tatsächlich bekannt, dass die Räder 20 untereinander in einer horizontalen Ebene einen festgelegten Winkel bilden, welcher Klemmwinkel (nicht dargestellt) genannt wird. Dieser Winkel variiert in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen des Fahrzeuges, insbesondere wenn dieses einer starken Beschleunigung oder einer abrupten Bremsung unterworfen wird. Auf diese Weise werden die Arme 12 im Verlaufe des Fahrens dazu gebracht, auf die Enden 28 des Querträgers die Veränderungen des Klemmwinkels der Räder 20 zu übertragen, und die Schweißpunkte, welche den Querträger 22 mit den Armen 12 verbinden, sind so fähig, wechselnd belastet zu werden.
Um diese Nachteile zu vermeiden, schlägt die Erfindung, wie es die 3 und 4 darstellen, einen Querträger 22 vor, von dem jeder Flügel 24 und 26 einen jeweiligen freien Rand 30 und 32 aufweist, welcher an jedem Ende 28 des Querträgers 22 gemäß einem Bogen C gebogen ist.
Das Ende des Querträgers 22 ist in der 5 in Längsschnitt dargestellt. Der obere Flügel 24 und der Flügel 26, welche die zwei Schenkel des U des Profils bilden, in welchem der Querträger 22 verwirklicht ist, und nehmen auf bekannte Art und Weise den Arm 12 auf. Eine untere Fläche 25 des oberen Flügels 24 ist an einer oberen Fläche 11 des Armes 12 befestigt, und eine obere Fläche 27 des unteren Flügels 26 ist unter einer unteren Fläche 13 des Arms 12 befestigt. Auf diese Weise bildet das Ende 28 des Querträgers 22 eine „Klemme" 34, deren Spannbacken aus der unteren Fläche 25 des Flügels 24 und der oberen Fläche des Flügels 26 gebildet werden. Diese Klemme ist auch in der 3 dargestellt.
Wie es die 3 darstellt, weist jeder der freien Ränder 30 und 32 in der Endzone 28 des Querträgers 22 jeweils einen zugehörigen Bogen 36 und 38 auf.
Wie es die 4 darstellt, kommt der freie Rand jedes Bogens 36 oder 38 einer Krümmung C mit der allgemein transversalen Richtung T des Querträgers 22 in Tangente und kommt auch mit der allgemeinen Richtung des zugehörigen Arms 12 in einer Weise in Tangente, um lokal die longitudinale Abmessung des Flügels 26 oder 28 zu reduzieren und so eine Verbindungszone zu erzeugen, in welcher sich die Spannungen der Verwindung aufheben. In der 4 hat man lediglich den oberen Flügel 24 dargestellt, dessen freier Rand 30 den Bogen 36 einer Krümmung C aufweist, der gleichzeitig mit der transversalen Richtung T des Querträgers 22 und mit der Richtung des Arms 12 in Tangente kommt, welcher zu dem in Betracht gezogenen Ende 28 des Querträgers gehört.
Zu Zwecken eines Beispiels und auf für die Erfindung nicht-beschränkende Art und Weise ist für einen Querträger 22 einer transversalen Breite von in etwa 1100 mm der Krümmungsradius C des Endes der freien Ränder 30 und 32 in der Größenordnung von 16 mm.
Außerdem sind entsprechend der Erfindung, wie es die 6, 7 und 8 darstellen, die freien Ränder 30 und 32 jeweils der Flügel 24 und 26 zusätzlich auf eine Art und Weise gekrümmt, dass sie im Verhältnis zur Ebene von jedem der Flügel 24 und 26 geneigt sind.
Diese Konfiguration erlaubt es vorteilhafterweise, die Ränder 30 und 32 der Flügel 24 und 26 mindestens in den jeweiligen Zonen der Bögen 36 und 38 zu versteifen, um die Widerstandsfähigkeit des Querträgers 22 in dieser Zone einer maximalen Beanspruchung zu vergrößern.
Wie es die 6 und 7 darstellen, können gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung die freien Ränder 30 und 32 der Flügel 24 und 26 über die gesamte transversale Breite des Querträgers 22 in Richtung nach außen vom U des Querträgers 22 gekrümmt sein.
Der Querträger 22 wird tatsächlich ausgehend von dem Profilstück, das zuvor beschrieben wurde, realisiert, welches am Beginn seines Herstellungsprozesses einen konstanten Querschnitt in Form eines U von der Art aufweist wie derjenige, der in der 7 dargestellt ist. Das Profil wird sodann kalt verformt in einem Schritt eines Beginns des Herstellungsverfahrens des Querträgers 22, derart, dass seine freien Ränder 30 und 32 gerade bleiben, jedoch die Schenkel des U an seinen Enden 28 länger als in seinem mittleren Teil sind. Die Kante 27 des Querträgers 22, welche den freien Rändern 30 und 32 gegenüberliegt, weist somit im We sentlichen am Ende des Herstellungsverfahrens des Querträgers 22 eine im Kreisbogen C' gekrümmte Form auf, wie es in der 3 dargestellt ist.
In einem nachfolgenden Schritt des Herstellungsverfahrens des Querträgers 22 wird dieser kalt verformt gemäß der Längsrichtung, z. B. durch Tiefziehen, auf eine Weise, um über seine gesamte transversale Breite seine freien Ränder 30 und 32 im Verhältnis zu den Ebenen des oberen Flügels 24 und des unteren Flügels 26 umzubiegen. Auf diese Weise weisen die freien Ränder 30 und 32 des oberen Flügels 24 und des unteren Flügels 26 umgebogene Teile 40 und 42 auf, die sich über die gesamte transversale Breite des Querträgers 22 erstrecken und welche dazu beitragen, den Querträger 22 zu versteifen.
Diese Vorkehrung ist nicht beschränkend für die Erfindung, und in einer Variante können die Umbiegungen 40 und 42 nur in der Nähe der Enden 28 des Querträgers 22 realisiert werden.
Die 6 und 7 stellen eine erste Ausführungsform des Querträgers 22 dar, bei welcher die umgebogenen Teile 40 und 42 in Richtung zur Außenseite des U des Querträgers 22 gedreht sind. Diese Vorkehrung ermöglicht es zum Beispiel, einen freien Raum im Inneren des U des Querträgers 22 bereitzustellen, welcher es erlaubt, verschiedene Einrichtungen vorzusehen, wie z.B. Leitungen eines Bremsenkreislaufs des Fahrzeugs.
Die 8 stellt eine zweite Ausführungsform des Querträgers 22 dar, in welcher die umgebogenen Teile 40 und 42 in Richtung zur Innenseite des U des Querträgers 22 gedreht sind. Diese Vorkehrung erlaubt es, einen Querträger 22 bereitzustellen, welcher kompakt in der Richtung senkrecht zu den Ebenen der Flügel 24 und 26 ist.
In den zwei Ausführungsformen des Querträgers 22 werden die umgebogenen Teile 40 und 42 vorzugsweise einer Behandlung ausgesetzt, die dafür bestimmt ist, ihre Haltbarkeit gegenüber der Ermüdung zu erhöhen. Diese Behandlung kann aus einem Strahlverfestigen bestehen oder aus einer Behandlung einer Kaltverfestigung, insbesondere durch Walzen, was es den umgebogenen Teilen 40 und 42 der freien Ränder 30 und 32 erlaubt, die mechanischen Eigenschaften aufzuweisen, welche für einen guten Halt gegenüber Ermüdung des Querträgeres 22 erforderlich sind.
Schließlich kann im Rahmen der Erfindung der Querträger 22 auf unterschiedliche Arten an den Armen 12 befestigt werden. Der Querträger 22 kann auf herkömmliche Art und Weise angeschweißt werden oder Verankerungspunkte 44 aufweisen, die durch Bohrungen gebildet werden, welche das Hindurchführen von Schrauben (nicht dargestellt) erlauben, die mit komplementären Gewinden (nicht dargestellt) der Arme 12 zusammenwirken. Der Querträger 22 ist in diesem Fall von den Armen 12 demontierbar, was vorteilhafterweise sein Ersetzen im Falle einer Verformung, insbesondere nachfolgend auf einen Unfall, erlaubt.
Somit weist die Achse 10 gemäß der Erfindung einen Querträger 22 einer großen Widerstandsfähigkeit auf, der geeignet ist, in voller Sicherheit, insbesondere im Rahmen eines sportlichen Fahrens des Fahrzeuges, im Verlaufe dessen der Querträger 22 stark belastet wird, einen wirksamen Halt der Arme 12 sicherzustellen.

Claims

Achse (10) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere hintere Achse, von der Art, welche mindestens zwei im Wesentlichen longitudinale Arme (12) aufweist, welche um eine Achse (A) transversal im Verhältnis zu einem Element der Karrosseriestruktur des Fahrzeugs angelenkt sind, von der Art, bei welcher die Arme (12) über einen transversalen Querträger (22) miteinander verbunden sind, welcher an den Armen an ihren Enden (28) befestigt ist, und welcher in Biegung erhöhte und in Torsion reduzierte Steifigkeitseigenschaften aufweist, von der Art, bei welcher der Querträger (22) aus zwei Flügeln (24, 26) gebildet ist, die in Längsschnitt im Wesentlichen in Form eines U zusammengefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flügel (24, 26) des Querträgers einen freien Rand (30, 32) aufweist, welcher an jedem Ende des Querträgers (22) gemäß einem Bogen (C) gebogen ist, welcher mit der allgemeine transversalen Richtung (T) des Querträgers (22) in Tangente kommt und welcher mit der allgemeinen longitudinalen Richtung (L) des zugehörigen Arms (12) in einer Weise in Tangente kommt, um lokal die longitudinale Abmessung des Schenkels des U zu reduzieren und somit eine Verbindungszone zu erzeugen, in welcher sich die Spannungen (G) der Verwindung aufheben.
Achse (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Rand (30, 32) jedes Flügels (24, 26) des Querträgers (22) zusätzlich im Verhältnis zur Ebene jedes Flügels (24, 26) gekrümmt ist.
Achse (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Rand (24, 26) jedes Flügels in Richtung zur Außenseite des U-förmigen Querträgers (22) gekrümmt ist.
Achse (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Rand (30, 32) jedes Flügels (24, 26) in Richtung zur Innenseite des U-förmigen Querträgers (22) gekrümmt ist.
Achse (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Herstellung des Querträgers (22) der freie Rand (30, 32) jedes Flügels (24, 26) einer Behandlung durch Strahlverfestigen ausgesetzt ist, um die Eigenschaften einer Haltbarkeit des Querträgers (22) gegen Ermüdung zu verbessern.
Achse (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Querträgers (22) der freie Rand (30, 32) jedes Flügels (24, 26) einer Behandlung durch Kaltverfestigung, insbesondere durch Walzen, ausgesetzt wird, um die Eigenschaften der Haltbarkeit des Querträgers (22) gegen Ermüdung zu verbessern.
Achse (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (22) an jedem seiner Enden (28) aufgeweitet ist, wobei jeder Schenkel des U seiner Flügel (24, 26) von einer von der Mitte des Querträgers (22) bis zur Verbindungszone jedes seiner Enden (28) zunehmenden Länge ist.
Achse (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (22) aus einem Stück eines Profils realisiert ist.
Achse (10) nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Querträgers das Profil kalt verformt wird, um die Ausweitungen und/oder die Ausschnitte (36, 38) und/oder die gekrümmten Ränder (30, 32) seiner Flügel (24, 26) zu realisieren.
Achse (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (22) an den Armen (12) angeschweißt ist.
Achse nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (22) an den Armen (12) mittels demontierbarer Verankerungspunkte (44) zusammengefügt ist.