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Die
Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug mit einem
einen rinnenförmigen
Querschnitt aufweisenden Querträger.
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Eine
Verbundlenkerachse oder auch Twistbeam-Achse umfasst einen Querträger, der
sich zwischen radführenden
Längsträgern erstreckt.
Das Profil des Querträgers
wird im eingebauten Zustand einer Biege- und Torsionsbelastung ausgesetzt. Durch
geometrische Variation und Veränderung
der Lage des Profilquerschnitts gegenüber der Belastungsrichtung
und zusätzlichen
Querrohrverbindungen unterschiedlicher Wanddicken und Außendurchmesser
kann die Biege- und Torsionssteifigkeit einer Verbundlenkerachse
eingestellt werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbundlenker mit einem
einen rinnenförmigen Querschnitt
aufweisenden Querträger
bereit zu stellen, welcher bei gleich bleibendem Querschnitt des Querträgers hinsichtlich
der Torsions- und Biegesteifigkeit an unterschiedliche Fahrzeuge
und Fahrwerkbelastung anpassbar ist, ohne die grundlegende Geometrie
des Querträgers
zu verändern.
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Diese
Aufgabe ist bei einer Verbundlenkerachse mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Es
ist im Bereich des rinnenförmigen
Längenabschnitts
des Querträgers
wenigstens eine sich quer zur Längsrichtung
des Querträgers
erstreckende Aussteifung vorgesehen, durch welche die sich in Längsrichtung
erstreckenden Schenkel des Querträgers unter Eingliederung eines
Elastomerbauteils elastisch miteinander gekoppelt sind. Die elastische Kopplung
wirkt gezielt auf die Biege- und Torsionssteifigkeit des Querträgers, ohne
das die Geometrie des Querträgers
selbst verändert
wird. Auf diese Weise wird eine Verbundlenkerachse bereitgestellt, die
bei gleich bleibendem Querschnitt des Querträgers bei unterschiedlichen
Fahrzeugen und Fahrwerkbelastungen zu Einsatz kommen kann.
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Wichtig
ist, dass die Aussteifungen wenig Bauraum erfordern und gleichzeitig
möglichst
leicht sind, um nicht negativ auf das Fahrzeuggesamtgewicht zu wirken.
Grundsätzlich
ist davon auszugehen, dass durch Wegfall eines parallel zum Querträger verlaufenden
Querrohrs und durch eine gleichzeitig verbesserte Ausnutzung des
Werkstoffpotentials im mittleren Bereich des Querträgers eine
Gewichtsreduzierung erreicht werden kann. Die Veränderung
der Biege- und Torsionssteifigkeit durch die elastische Kopplung
der Schenkel des Querträgers führt zu einer
Verlagerung des Schubmittelpunkts in Richtung der Mittellängsachse
des Querträgers.
Dadurch wird die Torsionssteifigkeit ohne Erhöhung der Wandstärke oder
Veränderung
der Geometrie des Querträgers
gesteigert.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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In
der Ausführungsform
des Patentanspruchs 2 ist die Aussteifung in den offenen Kanalbereich
des Querträgers
eingegliedert. Bei dieser Anordnung wird außerhalb des rinnenförmigen,
insbesondere U- oder V-förmigen,
Querschnitts des Querträgers kein
zusätzlicher
Bauraum im Bereich der Verbundlenkerachse beansprucht. Die Aussteifung kann über die
gesamte Länge
oder zumindest über größere Längenbereiche,
wie beispielsweise über wenigstens
75 % der Gesamtlänge
des Querträgers in
den rinnenförmigen
Querschnitt eingegliedert sein. Je nach Zielvorgabe der Verbundlenkerachse
kann auch eine abschnittsweise, d.h. mindestens partielle Eingliederung
der Aussteifung ausreichend sein.
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Die
Aussteifung kann den offenen Kanalbereich, d.h. den rinnenförmigen Querschnitt
vollständig
ausfüllen.
Die Anpassung an den Profilquerschnitt des Querträgers gewährleistet
einen maximalen Kontakt zwischen der Aussteifung und den Innenseiten
des Querträgers,
so dass in diesem diskreten Bereich ein Abschnitt einstellbarer
Torsions- und Biegesteifigkeit geschaffen wird. Durch mehrere solcher diskreter
Bereiche kann das Torsionsverhalten des Querträgers und damit die Fahrwerksabstimmung differenziert
und über
einen größeren Wirkungsbereich
eingestellt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei der Aussteifung
um ein Elastomer. Die Aussteifung kann vollständig aus einem Elastomer bestehen.
Es ist im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, dass in das Elastomer
zusätzliche
Verstrebungen eingebettet sind, d.h. es kann sich um einen Verbundwerkstoff
handeln.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Aussteifung die Längskanten der Schenkel außenseitig
umgreift. Hierbei werden die im Abstand zueinander verlaufenden
Längskantenbereiche
des Querträgers
zumindest abschnittsweise über
die Aussteifung z.B. in Form von Verbindungslaschen miteinander
gekoppelt. Die Kopplung erfolgt unter Eingliederung eines Elastomerbauteils.
Das Elastomerbauteil kann in einer ersten Ausführungsform zwischen die Enden
einer U-förmigen
Verbindungslaschen und den Längskantenbereichen
des Querträgers
eingegliedert sein. Hierbei handelt es sich um eine elastomere Zwischenlage.
Mehrere solcher Aussteifungen in Form von Verbindungslaschen können über die
Längserstreckung
des Querträgers verteilt
angeordnet sein. Die Verbindungslasche bildet den offenen dünnwandigen
Hohlquerschnitt des Querträgers
lokal in einen geschlossenen dünnwandigen
Hohlquerschnitt um. Da geschlossene dünnwandige Hohlquerschnitte
eine höhere
Torsionssteifigkeit besitzen als offene dünnwandige Hohlquerschnitte wird
mit dieser Ausführungsform
der Erfindung gezielt auf die Torsionssteifigkeit der Verbundlenkerachse
Einfluss genommen. Die elastomere Zwischenlage kann im Rahmen der
Erfindung nur an einem Längskantenbereich
oder an beiden Längskantenbereichen
vorgesehen sein.
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Eine
alternative Aussteifung weist ein erstes Teilstück auf, das unmittelbar mit
dem ersten Schenkel des Querträges
verbunden ist sowie ein zweites Teilstück, das unmittelbar mit dem
zweiten Schenkel des Querträgers
verbunden ist. Die einander zugewandten Enden der Teilstücke können unter
Eingliederung eines Elastomerbauteils miteinander gekoppelt sein.
Da sich die einander zugewandten Enden der Teilstücke aufgrund
der starren Anbindung bei einer Tordierung des Querträgers relativ
zueinander bewegen, kann das Elastomerbauteil diese Relativbewegung
hemmen und damit die Torsionssteifigkeit beeinflussen. Hierzu kann
das Elastomerbauteil sandwichartig zwischen die sich überlappenden
Enden der Teilstücke
eingegliedert sein. Es ist auch eine Konfiguration denkbar, bei
welcher sich die einander zugewandten Enden der Teilstücke überlappen,
wobei eines der Enden zwischen dem Elastomerbauteil und dem anderen
Ende eingefasst ist. Das Elastomerbauteil kann eine Vorspannung
für ein
die Enden gegeneinander pressendes Verbindungsglied bereitstellen.
Das Verbindungsglied kann eine die Enden umgreifende Klammer oder
ein die Enden durchsetzender Bolzen sein. In einer weiteren Variante
können
in den sich überlappenden
und einander zugewandten Enden der Teilstücke Durchbrüche vorgesehen sein, die von
einem die Teilstücke
elastisch verbindenden Elastomerbauteil durchsetzt sind.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in schematischen Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 in
der Draufsicht eine schematische Darstellung einer Verbundlenkerachse;
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2 eine
perspektivische Darstellung eines Querträgers der Verbundlenkerachse;
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3 in
perspektivischer Darstellung einen Querträger mit mehreren im Abstand
zueinander angeordneten Aussteifungen;
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4 in
perspektivischer Darstellung einen Querträger mit einer einzigen, aber
dafür längeren Aussteifung
als in 3;
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5 in
perspektivischer Darstellung einen Abschnitt eines Querträgers mit
einer Aussteifung in Form einer U-förmigen Verbindungslasche;
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6 eine
weitere Ausführungsform
einer Aussteifung an einem Querträger und
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7 eine
weitere Ausführungsform
einer Aussteifung an einem Querträger.
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1 zeigt
eine Verbundlenkerachse 1 mit einem Querträger 2.
Dieser Querträger
ist in 2 vergrößert dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel
hat der Querträger 2 einen
V-förmigen
Querschnitt, wobei die Längskanten 3, 4 der
Schenkel 5, 6 des Querträgers 2 abgewinkelt
sind und den Mündungsbereich
des V-förmigen
Querträgers 2 verkleinern.
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An
den Querträger
greifen während
der Fahrt des Kraftfahrzeugs durch unterschiedliches Einfederungsverhalten
der Räder
Torsionsmomente M an, die zu einer Tordierung des Querträgers führen. Beispielhaft
sind an den Punkten A und A' an
den Längskanten 3 und 4 Vektoren
u, u', v und v' eingezeichnet, die
verdeutlichen, in welche Richtung der Punkt A bzw. A' bei einer Tordierung
verlagert wird. Da es sich um ein offenes dünnwandiges Hohlprofil handelt, würde die
Hemmung der Relativbewegungen der Längskanten zu einer Erhöhung der
Torsionssteifigkeit führen.
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In
der Ausführungsform
der 3 sind mehrere Aussteifungen 7 in dem
offenen Kanalbereich des Querträgers 2 angeordnet.
Die Aussteifungen 7 sind in dieser Ausführungsform Elastomerbauteile. Wesentlich
ist, dass mehrere solcher Aussteifungen 7 in unterschiedlichen
Abständen
und auch in unterschiedlichen Abmessungen innerhalb des Querträgers 2 im
Abstand zueinander angeordnet sein können. Grundsätzlich kann
auch der gesamte Querträger 2 oder
zumindest ein Großteil
des Querträgers 2 mit
einer einzigen durchgehenden Aussteifung 8 vorgesehen sein,
wie es in 4 dargestellt ist.
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Die
Ausführungsform
der 5 unterscheidet sich von der vorhergehenden dadurch,
dass die Aussteifung nicht in den offenen Kanalbereich des Querträgers 2 eingegliedert
ist, sondern außerhalb des
Kanalbereichs. Dabei ist eine Aussteifung 9 in Form einer
Verbindungslasche vorgesehen, die analog zu der Ausführungsform
der vorhergehenden Figur mehrfach an dem Querträger 2 befestigt sein kann.
Die Aussteifung 9 bzw. Verbindungslasche übergreift
die Längskanten 3, 4 des
Querträgers 2 außenseitig,
so dass diese quasi miteinander verklammert werden. Zwischen den
abgekröpften
Enden 10, 11 der Verbindungslasche und den umgriffenen
Bereichen der Längskanten 3, 4 ist
ein Elastomerbauteil 12 als Zwischenlage eingegliedert.
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Abwandlungen
dieser Bauform werden in den 6 und 7 dargestellt. 6 zeigt
eine Anordnung, bei der eine laschenförmige Aussteifung 13 zweiteilig
aufgebaut ist. Die Aussteifung 13 umfasst zwei Teilstücke 14, 15.
Das eine Teilstück 14 ist ein
Gabelteil, welcher der einen Längskante 4 des Querträgers 2 zugeordnet
ist. Das andere Teilstück 15 ist
als Lasche ausgebildet und greift mit seinem einen Ende in das maulförmig gestaltete
Ende der Gabel ein und umgreift mit seinem anderen Ende die Längskante 3 des
Querträgers 2.
Der Unterschied besteht gegenüber
der vorhergehenden Ausführungsform
darin, dass die Aussteifung 13 im unmittelbaren metallischen
Kontakt mit dem Querträger 2 steht,
wobei das gabelförmige
Teilstück 14 und
das laschenförmige
Teilstück 15 über ein
Elastomerbauteil miteinander verbunden sind. Das Elastomerbauteil 16 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
ein das gabelförmige
Teilstück 14 und
das laschenförmige
Teilstück 15 quer
durchsetzender Bolzen 16 aus einem elastomeren Material.
Je nach Steifigkeit des Elastomerbauteils 16 ist eine unterschiedliche
Relativbewegung des gabelförmigen
Teilstücks 14 gegenüber dem
laschenförmigen
Teilstück 15 und
eine davon abhängige
Torsionssteifigkeit des Querträgers 2 fest einstellbar.
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Die
Ausführungsform
der 7 zeigt eine Variante, bei welcher ebenfalls eine
zweiteilige laschenförmige
Aussteifung 17 zum Einsatz kommt. Die einander zugewandten
Enden der Teilstücke 18, 19 der
Aussteifung 17 überlappen
sich und sind über Querbolzen 20 miteinander
gekoppelt. Dem Kanalbereich des Querträgers 2 zugewandt ist
unterhalb der Querbolzen 20 ein Elastomerbauteil 21 befestigt. Die
Querbolzen 20 greifen in das Elastomerbauteil 21 ein.
Das Elastomerbauteil 21 erzeugt eine Vorspannung, welche
die Kontaktflächen
der Teilstücke 18, 19 gegeneinander
presst. Durch die definierte Vorspannung wird eine begrenzte Klemmung
der Teilstücke 18, 19 der
Aussteifung 17 erreicht. Auf diese Weise wird die gegenläufige Relativbewegung
der Teilstücke 18, 19 im
Falle einer Tordierung behindert, mit dem Ziel die Torsionssteifigkeit
der Verbundlenkerachse zu erhöhen.
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- 1
- Verbundlenkerachse
- 2
- Querträger
- 3
- Längskante
v. 2
- 4
- Längskante
v. 2
- 5
- Schenkel
v. 2
- 6
- Schenkel
v. 2
- 7
- Aussteifung
- 8
- Aussteifung
- 9
- Aussteifung
- 10
- Ende
v. 9
- 11
- Ende
v. 9
- 12
- Elastomerbauteil
- 13
- Aussteifung/Verbindungslasche
- 14
- gabelförmiges Teilstück v. 13
- 15
- laschenförmiges Teilstück v. 13
- 16
- Elastomerbauteil
- 17
- Aussteifung/Verbindungslasche
- 18
- Teilstück v. 17
- 19
- Teilstück v. 17
- 20
- Querbolzen
- 21
- Elastomerbauteil
- M
- Torsionsmoment
- A
- Punkt
an 3
- A'
- Punkt
an 4
- u
- Vektor
in A
- u'
- Vektor
in A'
- v
- Vektor
in A
- v'
- Vektor
in A'