DE102006003074B3 - Fahrwerksanordnung - Google Patents

Abstract

Eine Fahrwerksanordnung für einen Personenkraftwagen umfasst einen Vorderachs-Hilfsrahmen (1) und einen Querlenker (2), dessen hinteres Lager (8) einen Lagerzapfen und ein elastomeres Dämpfungselement (11) umfasst. Das Dämpfungselement (11) mit dem Lagerzapfen ist formschlüssig innerhalb einer an dem Vorderachs-Hilfsrahmen (1) ausgebildeten konkaven Lagertasche gehalten, wobei der Lagerzapfen von einer Mündung der Lagertasche entfernt innerhalb der Lagertasche liegt und wobei die Mündung von einem Schließblech (14) überspannt ist, welches außerhalb der Hauptkrafteinleitungsrichtung des Lagerzapfens (12) angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Fahrwerksanordnung für Personenkraftwagen mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Querlenker dienen zur Übertragung der Radlasten in einen Vorderachs-Hilfsrahmen, wobei besonders hohe Belastungen bei Bremsmanövern während einer Kurvenfahrt auftreten. Typische zu übertragene Radlasten an einem in Fahrtrichtung hinteren Lager des Querlenkers liegen in X-Richtung, das heißt in Fahrtrichtung zwischen +1,9 und –2,5 kN, in Y-Richtung, das heißt quer zur Fahrtrichtung zwischen +7,6 und –25,9 kN und in Z-Richtung, das heißt in Hochrichtung zwischen +0,9 und –0,1 kN. Das heißt, die Hauptkrafteinleitungsrichtungen sind die Y- und X-Richtungen.
• Üblicherweise werden die in einen L- oder A-förmigen Querlenker eingeleiteten Radlasten in den Lagern kraftschlüssig mittels hochfester Verschraubungen in den Vorderachs-Hilfsrahmen übertragen. Die dabei verwendeten Schrauben werden vielfach überelastisch angezogen, um maximale Druckspannungen im Bauteil und damit eine möglichst hohe Lastübertragung zu erreichen. Die durch Anziehen der Verschraubungen aneinander gepressten Bauteile müssen gemäß der maximalen im Bereich der Verschraubung zu erwartenden Druckspannungen ausgelegt werden und sind daher häufig bezüglich der reinen Lastübertragung der Radlasten zumindest lokal überdimensioniert. Zudem reicht die zulässige Montagevorspannkraft einer einzelnen Schraube oftmals nicht aus, um eine sichere Lastübertragung zu gewährleisten. Geht man bei trockenen und glatten Klemmflächen von einer Haftreibzahl μ= 0,2 aus, was auf eine Paarung Stahl mit Stahl zutrifft und setzt einen Sicherheitsfaktot von 1,5 an, ergibt sich die erforderliche axiale Vorspannkraft FV aus der Gleichung FV = 1,5/0,2 × FQ, wobei FQ die an der Schraube angreifende Querkraft bezeichnet. Bei einer Querkraft von angenommenen 25 kN ergibt sich aus obiger Gleichung eine Vorspannkraft FQ von 187,5 kN, die zweckmäßigerweise von mehreren Schrauben kleineren Durchmessers aufgenommen wird. Diese überelastisch angezogenen Verschraubungen müssen bei Servicearbeiten und bei Nacharbeiten im Produktionswerk ausgetauscht werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass kraftschlüssige Lastübertragungen empfindlich gegen Reibwertschwankungen sind. Reibwertschwankungen sind auf Karosseriewachse und Unterbodenschutzmaterialien zurückzuführen. Die Haftreibzahl in den Klemmflächen kann bis auf 0,10 sinken, was erhöhte Sicherheitsfaktoren und damit noch größere Schraubendurchmesser erforderlich macht. Das wirkt sich wiederum negativ auf das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs aus.
• Die DE 101 63 220 A1 offenbart eine Fahrwerksanordnung für einen Personenkraftwagen mit einem Hilfsrahmen, an welchem radführende Lenker abgestützt sind. Im Bereich der vorderen Lenkerlager ist ein Frontendmodul mit einem steifen, sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Querträger versehen, welcher die Steifigkeit des Hilfsrahmens verbessert. Die L-förmig konfigurierten Querlenker sind durch den zusätzlichen Querträger gegeneinander abgestützt, so dass eine hohe Impedanz im Bereich der am Hilfsrahmen seitlich vorne liegenden Lenker erzeugt wird, was dazu beiträgt, Eigenlenkbewegungen des Fahrzeugrades zu vermeiden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrwerksanordnung aufzuzeigen, welche die Möglichkeit bietet, Lager eines Querlenkers mit kleiner dimensionierten Verschraubungen an einem Vorderachs-Hilfsrahmen zu befestigen.
• Diese Aufgabe ist bei einer Fahrwerksanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Bei der erfindungsgemäßen Fahrwerksanordnung ist vorgesehen, dass das Dämpfungselement des hinteren Lagers des Querlenkers mit dem Lagerzapfen formschlüssig innerhalb einer an dem Vorderachs-Hilfsrahmen ausgebildeten konkaven Lagertasche gehalten ist, wobei der Lagerzapfen von einer Mündung der Lagertasche entfernt innerhalb der Lagertasche liegt und wobei die Mündung von einem Schließblech überspannt ist, welches außerhalb der Hauptkrafteinleitungsrichtungen des Lagerzapfens angeordnet ist.
• Kerngedanke eines derart ausgestalteten Anbindungsbereichs des Querlenkers an einem Vorderachs-Hilfsrahmens ist, dass die üblicherweise vorhandene Trennebene, die zur Montage und Demontage des Lagers erforderlich ist, außerhalb der Hauptkrafteinleitungsrichtungen, das heißt außerhalb der Y- und X-Richtung platziert wird. Wichtig in diesem Zusammenhang ist, dass der Lagerzapfen, über den die Kräfte in die Lagerung eingeleitet werden, im Rahmen des konstruktiv Möglichen weit von der Mündung entfernt liegt, wobei die Mündung ebenso wie das die Mündung überspannende Schließblech außerhalb der Hauptkrafteinleitungsrichtungen liegt. Es ist daher vorgesehen, dass der Lagerzapfen unmittelbar in eine dafür vorgesehene Tasche des Vorderachs-Hilfsrahmens eingreift und nicht in eine separate an dem Vorderachs-Hilfsrahmen befestigte Lagertasche. Dadurch werden die Radlasten unmittelbar in die Struktur des Vorderachs-Hilfsrahmens übertragen und nicht mittelbar über die Befestigungsmittel des Lagers. Das Schließblech als Befestigungsmittel hat eher die Funktion der Lageorientierung des Dämpfungselements und nimmt nur in sehr begrenztem Umfang Radlasten auf. Insbesondere soll das Schließblech keine in Y-Richtung angreifende Kräfte aufnehmen. In vorteilhafter Ausgestaltung ist daher die Mündung der konkaven Lagertasche an der Unterseite des Vorderachs-Hilfsrahmens vorgesehen, so dass auch das Schließblech an der Unterseite des Vorderachs-Hilfsrahmens montiert ist. Das Schließblech muss daher lediglich Kräfte in Z-Richtung aufnehmen, die wesentlich kleiner sind als die in Y-Richtung angreifenden Querkräfte.
• Die auf das Schließblech wirkenden Lasten können durch nur eine einzige, relativ klein dimensionierte Schraube aufgefangen werden. Es ist nicht mehr erforderlich, die Schraube überelastisch anzuziehen, so dass die Schraube theoretisch wieder verwendet werden kann, sofern keine Sicherheitsaspekte dagegen sprechen. Das Schließblech kann auf der einen Seite der Mündung über eine Befestigungslasche angeschraubt sein, während eine weitere Befestigungslasche auf der anderen Seite der Mündung lediglich formschlüssig mit dem Vorderachs-Hilfsrahmen gekoppelt ist. Beispielsweise kann eine Zunge der Befestigungslasche in eine dafür vorgesehene schlitzartige Aussparung des Vorderachs-Hilfsrahmens eingreifen. Die Verschraubung der anderen Befestigungslasche verhindert, dass die Zunge aus der Aussparung herausrutscht so dass das Schließblech unter Verwendung nur einer einzigen Schraube unverlierbar lagefixiert werden kann.
• Die konkave Lagertasche kann hinsichtlich ihres Querschnitts grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Zweckmäßig ist es, wenn die Lagertasche einen möglichst großen Umfangsbereich des Dämpfungselements umschließt. Denkbar ist, dass das Dämpfungselement die Geometrie eines Halbzylinders oder eines Keilstumpfes hat, wobei drei Seiten des Keilstumpfes von der Wandung der Lagertasche umschlossen werden und nur die Basisfläche des Keilstumpfes der Mündungsebene zugewandt ist. Entsprechendes gilt für den bogenförmigen Bereich eines Halbzylinders. Das Dämpfungselement sollte möglichst nicht über die Mündungsebene der Lagertasche hinaus ragen. Daher sollte die so genannte Basisfläche, insbesondere die eines Keilstumpfes, in oder zumindest im Bereich der Mündungsebene der Lagertasche verlaufen. Das Schließblech kann die Mündung der Lagertasche dann derart überspannen, dass sich das Dämpfungselement vollständig innerhalb der Lagertasche im Vorderachs-Hilfsrahmen befindet.
• Das Dämpfungselement kann unter gewisser Vorspannung montiert werden, indem das Schließblech das Dämpfungselement partiell verformt und in Richtung des Tiefsten der konkaven Lagertasche drängt. Die notwendige Kraft zum Verdrängen des Dämpfungselements kann über die wenigstens eine seitliche Befestigungsschraube aufgebracht werden, während das Schließblech auf der anderen Seite ähnlich einem Scharnier über eine Zunge an der Unterseite des Vorderachs-Hilfsrahmens angelenkt ist. Selbstverständlich ist es auch denkbar, zusätzliche Hilfsmittel wie beispielsweise einen auf das Schließblech einwirkenden Montagestempel zu verwenden, um die Montage zu erleichtern.
• Das Schließblech kann konturiert ausgeführt sein, weist aber insbesondere einen ebenen Längenabschnitt auf, der flächig an dem Dämpfungselement anliegt. Dieser ebene Längenabschnitt kann absatzlos in die seitlichen Befestigungslaschen übergehen. Denkbar ist aber auch, dass der ebene Längenabschnitt gegenüber den sich beidseitig anschließenden Befestigungslaschen des Schließblechs in die Lagertasche hinein verlagert ist, mit dem Ziel, die gewünschte spielfreie Einspannung des Dämpfungselements zu gewährleisten.
• Die erfindungsgemäße Fahrwerksanordnung betrifft insbesondere die Ausgestaltung eines hinteren Lagers eines L-förmig konfigurierten Querlenkers. Eine trapezförmige Ausbildung der Lagertasche zur Aufnahme eines keilstumpfförmigen Dämpfungselements wird als besonders vorteilhaft angesehen, da dies einerseits einen spielfreien Sitz der Lagerung gewährleistet und darüber hinaus Schmutzansammlungen verhindert.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
• 1 einen Ausschnitt einer Fahrwerksanordnung eines Personenkraftwagens in Blickrichtung von unten und
• 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in 1.
• 1 zeigt einen schematisch angedeuteten Vorderachs-Hilfsrahmen 1 und den rechten Querlenker 2 eines Personenkraftwagens in Blickrichtung von unten. Der Querlenker 2 ist L-förmig konfiguriert und besitzt drei Schenkel 3, 4, 5. Am Ende des in der Bildebene linken Schenkels 3 befindet sich ein schematisch angedeutetes radseitiges Lager 6, über das ein nicht näher dargestellte Achszapfen geführt wird. Etwa in gleicher Höhe befindet sich ein vorderer Schenkel 4 mit einem vorderen Lager 7, das an dem Vorderachs-Hilfsrahmen 1 angeschlagen ist. Der längere hintere Schenkel 5 ist ebenfalls über ein Lager 8 an dem Vorderachs-Hilfsrahmen 1 angeschlagen. S1 und S2 bezeichnen die Schwenkachsen der vorderen und hinteren Lager 7, 8.
• Der nähere Aufbau des hinteren Lagers 8 wird anhand der 2 deutlich. 2 zeigt, dass der Vorderachs-Hilfsrahmen 1 eine zweischalige Blechkonstruktion ist, wobei in die untere Blechschale 9 eine Lagertasche 10 geformt ist, die sich abzüglich der Blechstärken der oberen und unteren Blechschale 9, 9a über die gesamte in Z-Richtung gesehene Höhe des Vorderachs-Hilfsrahmens 1 in diesem Bereich erstreckt. Diese Lagertasche 10 ist im Querschnitt trapezförmig konfiguriert und nimmt ein elastomeres Dämpfungselement 11 auf, das entsprechende der Kontur der Lagertasche 10 als Keilstumpf konfiguriert ist. Etwa in der Mitte des Dämpfungselements 11 ist ein Lagerzapfen 12 aufgenommen, der sich an den hinteren Schenkel 5 des Querlenkers 2 anschließt. Wesentlich bei der Position des Lagerzapfens 12 ist, dass sich die Schwenkachse S2 etwa im mittleren Höhenbereich der Lagertasche 10 befindet und damit im Abstand zur Mündung 13 der Lagertasche 10 liegt. Die Mündung 13 ist von einem Schließblech 14 überspannt, dessen Mittelbereich als ebener Längenabschnitt 15 ausgebildet ist und flächig an dem elastomeren Dämpfungselement 11 anliegt. Über den ebenen Längenabschnitt 15 wird Druck auf die Basisfläche des keilstumpfförmigen Dämpfungselements 11 ausgeübt, so dass dieses spielfrei in der Lagertasche 10 gehalten ist.
• Das Schließblech 14 ist in der Bildebene links über eine Befestigungslasche 16 mit der unteren Blechschale 9 verbunden, wobei an der Befestigungslasche 16 eine S-förmig konfigurierte Zunge 17 ausgebildet ist, die in eine nicht näher dargestellte schlitzartige Aussparung in der unteren Blechschale 9 eingesetzt wird. Eine weitere Befestigungslasche 18 auf der anderen Seite der Mündung 13 ist zur schraubtechnischen Fixierung des Schließblechs 14 an dem Vorderachs-Hilfsrahmen 1 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel wird von unten ein Schraubbolzen 19 durch eine Bohrung in der Befestigungslasche 18 und entsprechende fluchtende Bohrungen in dem Vorderachs-Hilfsrahmen 1 geführt. Eine zwischen der oberen und unteren Blechschale 9 verlaufende Hülse 20 dient zur Aufnahme der Klemmkräfte beim Anziehen einer Mutter 21, die an der Oberseite des Vorderachs-Hilfsrahmens 1 auf den Schraubbolzen 19 geschraubt wird.
• Wesentlich für die Entlastung des Schraubbolzens 19 ist, dass die vor allen Dingen in Y- und X-Richtung eingeleiteten Kräfte FY, FX nicht von dem Schraubbolzen 19 aufgefangen werden müssen, sondern unmittelbar in die Struktur des Vorderachs-Hilfsrahmens 1 eingeleitet werden. Lediglich die wesentlich geringeren Kräfte, die in Z-Richtung wirken, müssen von dem Schraubbolzen 19 aufgefangen werden, wobei ein Teil der Kräfte selbstverständlich auch von der Zunge 17 aufgenommen wird, was ebenfalls zur Reduzierung der Belastung des Schraubbolzens beiträgt. Die in den 1 und 2 eingezeichneten Pfeile FX und FY verdeutlichen die Hauptkrafteinleitungsrichtungen in Bezug auf das hintere Lager 8.
• Die erfindungsgemäße Fahrwerksanordnung ist bezüglich der Auslegung der Schraubbolzen wesentlich unabhängiger gegenüber Reibwertschwankungen der zu verklemmenden Bauteile, so dass bei leichter und gleichzeitig kompakter Bauweise eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet ist.
• Die Montage des hinteren Lagers 8 kann durch einen Montagestempel 22 unterstützt werden, der in der Bildebene von unten auf das Schließblech 14 drückt und daher das Verschrauben des Schließblechs 14 mit dem Vorderachs-Hilfsrahmen 1 erleichtert.

1

Vorderachs-Hilfsrahmen

2

Querlenker

3

Schenkel v. 2

4

Schenkel v. 2

5

Schenkel v. 2

6

radseitiges Lager v. 2

7

vorderes Lager v. 2

8

hinteres Lager v. 2

9

untere Blechschale v. 1

9a

obere Blechschale v. 1

10

Lagertasche

11

Dämpfungselement

12

Lagerzapfen

13

Mündung

14

Schließblech

15

ebener Längenabschnitt v. 14

16

Befestigungslasche

17

Zunge

18

Befestigungslasche

19

Schraubbolzen

20

Hülse

21

Mutter

22

Montagestempel

FX

Kraft in X-Richtung

FY

Kraft in Y-Richtung

S1

Schwenkachse v. 7

S2

Schwenkachse v. 8

Claims (8)

1. Fahrwerksanordnung für einen Personenkraftwagen mit einem an einem Vorderachs-Hilfsrahmen (1) gelagerten, L- oder A-förmig konfigurierten Querlenker (2), an dessen Schenkeln (3, 4, 5) jeweils endseitig ein Lager (6, 7, 8) angeordnet ist, wobei der Querlenker (2) über ein radseitiges Lager (6) mit einem Achsschenkel verbunden ist und über ein vorderes Lager (7) und ein hinteres Lager (8) schwenkbeweglich an dem Vorderachs-Hilfsrahmen (1) gelagert ist, wobei ein Lagerzapfen (12) des hinteren Lagers (8) in ein elastomeres Dämpfungselement (11) greift, das an dem Vorderachs-Hilfsrahmen (1) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (11) mit dem Lagerzapfen (12) formschlüssig innerhalb einer an dem Vorderachs-Hilfsrahmen (1) ausgebildeten konkaven Lagertasche (10) gehalten ist, wobei der Lagerzapfen (12) von einer Mündung (13) der Lagertasche (10) entfernt innerhalb der Lagertasche (10) liegt und wobei die Mündung (13) von einem Schließblech (14) überspannt ist, welches außerhalb der Hauptkrafteinleitungsrichtungen (FX, FY) des Lagerzapfens (12) angeordnet ist.
2. Fahrwerksanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung (13) nach unten, in Richtung zur Fahrbahn weist.
3. Fahrwerksanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (14) auf der einen Seite der Mündung (13) eine Befestigungslasche (16) aufweist, die formschlüssig an dem Vorderachs-Hilfsrahmen (1) gehalten ist und auf der anderen Seite der Mündung (13) eine Befestigungslasche (18) aufweist, die mit dem Vorderachs-Hilfsrahmen (1) verschraubt ist.
4. Fahrwerksanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (11) als Keilstumpf ausgebildet ist.
5. Fahrwerksanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungslement (11) eine Basisfläche aufweist, die in der Mündungsebene der Lagertasche (10) verläuft.
6. Fahrwerksanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (14) die Mündung (13) der Lagertasche (10) derart überspannt, dass sich das Dämpfungselement (11) vollständig innerhalb der Lagertasche (10) im Vorderachs-Hilfsrahmen (1) befindet.
7. Fahrwerksanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (14) einen ebenen Längenabschnitt (15) aufweist, der flächig an dem Dämpfungselement (11) anliegt.
8. Fahrwerksanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ebene Längenabschnitt (15) gegenüber den sich beidseitig anschließenden Befestigungslaschen (16, 18) des Schließblechs (14) in die Lagertasche (10) hinein verlagert ist.