DE102006056421A1 - Composite steering axle for vehicles comprises a cross-support formed by longitudinal profiles which extend between longitudinal connecting rods - Google Patents

Composite steering axle for vehicles comprises a cross-support formed by longitudinal profiles which extend between longitudinal connecting rods Download PDF

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Abstract

Composite steering axle (1) comprises a cross-support (4) formed by longitudinal profiles (5, 6, 7) which extend between longitudinal connecting rods (2, 3). Preferred Features: The longitudinal profiles interact with the ends (8, 9, 10) on the longitudinal connecting rods side in holders (11, 12) on the longitudinal connecting rods. The longitudinal profiles are tubular.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse für Kraftfahrzeuge mit zwei seitlichen Längslenkern, die durch einen Querträger verbunden sind.The The invention relates to a torsion beam axle for motor vehicles with two lateral Trailing arms, through a crossbeam are connected.

Verbundlenkerachsen kombinieren die Vorteile eines einfachen Aufbaus bei geringem Raumbedarf und guten kinematischen Eigenschaften. Der die beiden Längslenker verbindende Querträger wirkt als Torsionsstab, so dass sich bei gleichzeitigem Einfedern eine Längslenkercharakteristik und bei wechselseitigem Einfedern eine Schräglenkercharakteristik ergibt.Torsion beam axles combine the advantages of a simple construction with a small space requirement and good kinematic properties. The two trailing arms connecting cross members acts as a torsion bar, so that at the same time compression a trailing arm characteristic and when reciprocal deflection results in a trailing arm characteristic.

Es sind diverse Vorschläge bekannt, wie der Querträger einer Verbundlenkerachse ausgestaltet sein soll, um diesen auf der einen Seite biegesteif, auf der anderen Seite aber auch ausreichend torsionsweich zu gestalten. Aus der DE 44 16 725 A1 beispielsweise geht eine Verbundlenkerachse hervor mit zwei radtragenden elastisch am Aufbau angelenkten und starren Längslenkern, die durch einen biegesteifen aber torsionsweichen Querträger miteinander verschweißt sind. Der Querträger besteht über die gesamte Länge aus einem Rohrprofil, das an beiden Enden einen torsionssteifen Querschnitt und im mittleren Bereich einen torsionsweichen U-, V-, L-, X- oder ähnlichen Querschnitt mit mindestens einem doppelwandigen Profilschenkel aufweist.There are various proposals known as the cross member of a torsion beam axle should be designed to make this rigid on one side, but also sufficiently soft on the other side. From the DE 44 16 725 A1 For example, a torsion beam axle with two wheel-bearing elastically hinged to the body and rigid trailing arms, which are welded together by a rigid but torsionally soft cross member. The cross member is over the entire length of a tubular profile having a torsionally rigid cross section at both ends and a torsionally U, V, L, X or similar cross section with at least one double-walled profile leg in the central region.

Die DE 198 05 463 A1 offenbart ebenfalls eine Verbundlenkerachse mit zwei seitlichen Längslenkern, die durch einen Querträger verbunden sind. Zwischen den Längsträgern ist weiterhin ein stabähnlicher Stabilisator angeordnet. Dieser erstreckt sich innerhalb des im wesentlichen V-förmig ausgebildeten Querträgers und ist mit diesem über Stabilisatorelemente gekoppelt.The DE 198 05 463 A1 also discloses a torsion beam axle having two lateral trailing links connected by a cross member. Between the longitudinal members a rod-like stabilizer is still arranged. This extends within the substantially V-shaped cross member and is coupled thereto via stabilizer elements.

Bei der Verwendung von Querträgern mit offenen Profilquerschnitten treten die maximalen Bauteilspannungen häufig im Bereich der Anbindungen an die Längslenker oder an mechanisch bearbeiteten Bauteilpositionen auf. Dies kann durch Kerbwirkungseffekte oder Oberflächeneffekte zur Reduzierung der Schwingfestigkeit der Bauteilkomponenten führen. Auch erfordert die Herstellung von Querträgern mit offenem Profilquerschnitt ein oder mehrere Umform- und Beschnittoperationen.at the use of cross members with open profile cross sections, the maximum component stresses occur often in the area of the connections to the trailing arm or to mechanical machined component positions. This can be due to notch effect effects or surface effects lead to a reduction in the vibration resistance of the component components. Also requires the production of cross members with open profile cross-section one or more forming and Beschnittoperationen.

Querträger mit geschlossenen Profilquerschnitten machen je nach Geometrie oft einen mehrstufigen Umformprozess erforderlich, bei dem aus dem geschlossenen Halbzeug die Endgeometrie des Querträgers erzeugt wird. In besonderen Anwendungsfällen sind zudem zusätzliche Oberflächen- oder Wärmebehandlungen notwendig, um die Schwingungsfestigkeitseigenschaften der Querträger zu verbessern.Cross member with closed profile cross-sections often make one, depending on the geometry multi-stage forming process required in which from the closed Semi-finished the final geometry of the cross member is generated. In particular applications are additional Surface or heat treatments necessary to improve the vibration resistance properties of the cross member.

Bei der Auslegung der Querträger sind sowohl Aspekte der Achskinematik und Bauteilsteifigkeit als auch Aspekte der Betriebsfestigkeit zu berücksichtigen. Das Profil des Querträgers bestimmt durch seine Biege- und Torsionssteifigkeit und durch die Lage seines Schubmitttelpunktes die Achskinematik und die Lage des Momentanpoles für das Wanken. Mithin ist die Konzeption einer Verbundlenkerachse an hohe technische Anforderungen gestellt.at the design of the cross member are both aspects of the axle kinematics and component rigidity as also consider aspects of durability. The profile of crossbeam determined by its bending and torsional rigidity and by the Location of his Schubmitttelpunktes the axle kinematics and the position of Momentary pole for the wavering. Thus, the concept of a torsion beam axle is on high technical requirements.

Daneben besteht im Automobilbau zur Steigerung der Produktivität ein generelles Bestreben nach einer möglichst wirtschaftlichen und rationellen Herstel lung der Kraftfahrzeugkomponenten bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität der Produkte. Diesen Anforderungen unterliegen auch Verbundlenkerachsen.Besides exists in the automotive industry to increase productivity a general Strive for one as possible economical and rational manufacture of motor vehicle components while increasing the quality of the products. These requirements are also subject to torsion beam axles.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbundlenkerachse unter Gewährleistung einer hohen Leistungsfähigkeit flexibler hinsichtlich der Auslegung von Torsions- und Biegesteifigkeit sowie Schwingfestigkeit zu gestalten.It is therefore an object of the present invention, a torsion beam axle under warranty a high performance more flexible with regard to the design of torsional and bending stiffness as well as To design vibration resistance.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Verbundlenkerachse gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1.The solution This object is according to the invention in a torsion beam axle according to the characteristics of claim 1.

Danach ist der Querträger durch zumindest drei Längsprofile gebildet, welche sich zwischen den Längslenkern erstrecken. Kerngedanke der Erfindung ist die Auflösung des Querträgers in einzelne Profilquerschnitte mit vergleichbar kleineren Dimensionen.After that is the crossbeam by at least three longitudinal profiles formed, which extend between the trailing arms. core idea The invention is the resolution of the crossbeam in individual profile cross sections with comparable smaller dimensions.

Die einzelnen Längsprofile ermöglichen eine weitreichende Flexibilität hinsichtlich der Kombination von Torsions- und Biegesteifigkeit sowie Schwingfestigkeit durch die Auslegung der Längsprofile, insbesondere deren Querschnittsgeometrie, die Material- bzw. Werkstoffwahl, die Anzahl der einzelnen Längsprofile und die Positionierung der Längsprofile zueinander. Weiterhin ist eine flexiblere Auslegungs- und Berechnungsmöglichkeit durch die einfacheren Geometrien der Querschnitte der Längsprofile gegeben.The individual longitudinal profiles enable a far-reaching flexibility in terms of the combination of torsional and bending stiffness and fatigue strength through the design of the longitudinal profiles, in particular their cross-sectional geometry, the choice of material or material, the number of individual longitudinal profiles and the positioning of the longitudinal profiles to each other. Furthermore, a more flexible design and calculation option due to the simpler geometries of the cross-sections of the longitudinal profiles given.

Bei der Verwendung von Längsprofilen mit in Längsrichtung kontanter Querschnittsgeometrie kann die Herstellung der Längsprofile durch eine kostengünstige kontinuierliche Fertigung erfolgen. Hier können besonders auch faserverstärkte Werkstoffe eingesetzt werden.at the use of longitudinal profiles with in the longitudinal direction constant cross-sectional geometry can be the production of longitudinal profiles through a cost-effective continuous production. Fiber-reinforced materials can also be used here in particular become.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und praktische Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.advantageous Embodiments and practical developments of the torsion beam axle according to the invention are the subject of the dependent claims 2 to 10.

Die Längsprofile sind mit ihren längslenkerseitigen Enden in Aufnahmen an den Längslenkern fixiert. Hierzu greifen die Enden der Längsprofile in die Aufnah men ein. Die Fixierung kann mittels geeigneter Passstücke erfolgen, wobei die Passstücke je nach Auslegung der Längslenker als Guss- oder Schweißkonstruktion ausgeführt sein können.The longitudinal profiles are with their longitudinal guide fixed side ends in receptacles on the trailing arms. To do this, the ends of the longitudinal profiles engage in the receptacles. The fixation can be done by means of suitable fittings, the fittings can be designed depending on the design of the trailing arm as a cast or welded construction.

Vorzugsweise sind die Längsprofile rohrförmig ausgeführt. Wie bereits erwähnt, ist eine besonders kostengünstige und rationelle Herstellung der Längsprofile möglich, wenn diese über ihre Länge einen konstanten Querschnitt besitzen. Grundsätzlich können die Längsprofile aber auch über ihre Länge einen variierenden Querschnitt besitzen. Dies eröffnet eine zusätzlich Gestaltungsmöglichkeit bei der Auslegung der Verbundlenkerachse, insbesondere der Einstellung der Roll- bzw. Torsionssteifigkeit des Querträgers.Preferably are the longitudinal profiles tubular executed. As already mentioned, is a particularly cost-effective and rational production of the longitudinal profiles possible, if these over her length have a constant cross section. Basically, the longitudinal profiles but also on their Length one possess varying cross-section. This opens up an additional design option in the design of the torsion beam axle, in particular the setting the rolling or torsional rigidity of the cross member.

Bei einer für die Praxis als besonders vorteilhaft angesehenen Ausführungsform sind die Längsprofile auf einem Teilkreis versetzt und mit Abstand zueinander angeordnet. Die Längsprofile können beispielsweise sternförmig oder dreieckförmig angeordnet sein. Gegebenenfalls können die einzelnen Längsprofile durch ein oder mehrere Koppelelemente verbunden sein. Die Koppelelemente dienen zur Aussteifung der Längsprofile und als Schwingungsdämpfer.at one for the practice regarded as particularly advantageous embodiment are the longitudinal profiles offset on a pitch circle and spaced apart. The longitudinal profiles can for example, star-shaped or triangular be arranged. If necessary, the individual longitudinal profiles be connected by one or more coupling elements. The coupling elements serve to stiffen the longitudinal profiles and as a vibration damper.

Im Rahmen der Erfindung kann zumindest ein Längsprofil aus einem faserverstärkten Werkstoff besteht. Hierbei können Verbundwerkstoffe auf Basis von Glas- oder Kohlenstofffasern zum Einsatz gelangen. Auch Längsprofile aus Aramidfaserwerkstoffen ebenso wie aus Stahlfaserwerkstoffen eröffnen vorteilhafte Konzeptionsmöglichkeiten für die Auslegung des Querträgers bzw. der Längsprofile.in the According to the invention, at least one longitudinal profile may consist of a fiber-reinforced material. Here you can Composite materials based on glass or carbon fibers for Get used. Also longitudinal profiles made of aramid fiber materials as well as steel fiber materials open advantageous design options for the Design of the crossmember or the longitudinal profiles.

Auch könenn die Längsprofile aus einem Hybridwerkstoff bestehen. Hierbei ist insbesondere an eine Stahl-, Leichtmetall- und/oder Kunststoff-Kombination gedacht.Also könenn the longitudinal profiles consist of a hybrid material. This is in particular to a Steel, light metal and / or plastic combination thought.

Die Konfiguration der Torsions- und Biegesteifigkeit sowie der Schwingungsfestigkeit des Querträgers kann des Weiteren durch die Verwendung von Längsprofilen aus voneinander verschiedenen Werkstoffen erfolgen.The Configuration of torsional and bending stiffness as well as vibration resistance of the crossbeam can be further characterized by the use of longitudinal profiles from each other made of different materials.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die beigefügte Zeichnung zeigt technisch teilweise vereinfacht eine erfindungsgemäß Verbundlenkerachse 1 in einer perspektivischen Ansicht.The invention is described below with reference to an embodiment. The accompanying drawing shows a technical partially simplified an inventive twist beam axle 1 in a perspective view.

Die Verbundlenkerachse 1 umfasst im wesentlichen zwei radführende Längslenker 2, 3 und einen die beiden Längslenker 2, 3 verbindenen Querträger 4.The torsion beam axle 1 essentially comprises two wheel-guiding trailing arms 2 . 3 and one of the two trailing links 2 . 3 connecting cross member 4 ,

Der Querträger 4 besteht aus drei rohrförmigen runden Längsprofilen 5, 6, 7, welche sich zwischen den Längslenkern 2, 3 erstrecken. Die Längsprofile 5, 6, 7 sind auf einem Teilkreis um 120° versetzt und mit Abstand zueinander angeordnet.The crossbeam 4 consists of three tubular round longitudinal profiles 5 . 6 . 7 extending between the trailing arms 2 . 3 extend. The longitudinal profiles 5 . 6 . 7 are offset on a pitch circle by 120 ° and spaced from each other.

Mit ihren längslenkerseitigen Enden 8, 9, 10 greifen die Längsprofile 5, 6, 7 in Aufnahmen 11, 12 an den Längslenkern 2, 3 ein und sind dort in geeigneter Weise kraft- und/oder formschlüssig fixiert. Hierzu können auch konfigurativ angepasste Passstücke zum Einsatz gelangen, über welche die Enden 8, 9, 10 der Längsprofile 5, 6, 7 in den Aufnahmen 11, 12 der Längslenker 2, 3 angebunden sind.With their ends at the ends of the handlebars 8th . 9 . 10 grab the longitudinal profiles 5 . 6 . 7 in recordings 11 . 12 at the trailing arms 2 . 3 and are fixed there in a suitable manner non-positively and / or positively. For this purpose, also adapted fitting pieces can be used, via which the ends 8th . 9 . 10 the longitudinal profiles 5 . 6 . 7 in the recordings 11 . 12 the trailing arm 2 . 3 are connected.

Man erkennt, dass die Längsprofile 5, 6, 7 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über ihre Länge einen durchgehend konstanten Querschnitt besitzen.It can be seen that the longitudinal profiles 5 . 6 . 7 have a consistently constant cross-section over its length in the embodiment shown here.

Insbesondere im mittleren Bereich des Querträgers 4 können die Längsprofile 5, 6, 7 durch hier nicht dargestellte Koppelelemente ausgesteift sein.Especially in the middle region of the cross member 4 can the longitudinal profiles 5 . 6 . 7 be stiffened by coupling elements, not shown here.

Die Längsprofile 5, 6, 7 können aus Stahl, Leichtmetall oder einem Faserwerkstoff bestehen. Auch die Kombination von Längsprofilen 5, 6, 7 aus voneinander verschiedenen Werkstoffen ist möglich.The longitudinal profiles 5 . 6 . 7 can be made of steel, light metal or a fiber material. Also the combination of longitudinal profiles 5 . 6 . 7 from different materials is possible.

Durch die Auslegung der Längsprofile 5, 6, 7 insbesondere hinsichtlich deren Querschnittskonfiguration, die Werkstoffwahl und/oder -kombination, die Anzahl der einzelnen Längsprofile und die Positionierung der Längsprofile zueinander ist eine sehr große Flexibilität zur Einstellung der Torsions- und Biegesteifigkeit sowie der Schwingfestigkeit des Querträgers 4 und damit der Ver bundlenkerachse 1 möglich. Die Konfiguration der Verbundlenkerachse 1 wird in Abhängigkeit vom auszurüstenden Fahrzeugtyp, insbesondere von dessen Gewicht und Motorisierung und des sich hieraus ergebenden gewünschten Steifigkeitsverhaltens eingestellt.By the design of the longitudinal profiles 5 . 6 . 7 in particular with regard to their cross-sectional configuration, the choice of material and / or combination, the number of individual longitudinal profiles and the positioning of the longitudinal profiles to each other is a very great flexibility for adjusting the torsional and bending stiffness and the fatigue strength of the cross member 4 and thus the United cons handlebar 1 possible. The configuration of the torsion beam axle 1 is set depending on the type of vehicle to be equipped, in particular its weight and engine and the resulting desired stiffness behavior.

11
VerbundlenkerachseBeam axle
22
LängslenkerTrailing arm
33
LängslenkerTrailing arm
44
Querträgercrossbeam
55
Längsprofillongitudinal profile
66
Längsprofillongitudinal profile
77
Längsprofillongitudinal profile
88th
Ende v. 5 End of v. 5
99
Ende v. 6 End of v. 6
1010
Ende v. 7 End of v. 7
1111
Aufnahme v. 2 Recording v. 2
1212
Aufnahme v. 3 Recording v. 3

Claims (10)

Verbundlenkerachse für Kraftfahrzeuge, welche zwei durch einen Querträger (4) verbundene Längslenker (2, 3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (4) durch zumindest drei Längsprofile (5, 6, 7) gebildet ist, welche sich zwischen den Längslenkern (2, 3) erstrecken.Twist-beam axle for motor vehicles, which is supported by a cross member ( 4 ) connected trailing arms ( 2 . 3 ), characterized in that the cross member ( 4 ) by at least three longitudinal profiles ( 5 . 6 . 7 ) is formed, which between the trailing arms ( 2 . 3 ). Verbundlenkerachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (5, 6, 7) mit ihren längslenkerseitigen Enden (8, 9, 10) in Aufnahmen (11, 12) an den Längslenkern (2, 3) eingreifen.Twist-beam axle according to claim 1, characterized in that the longitudinal profiles ( 5 . 6 . 7 ) with their ends ( 8th . 9 . 10 ) in recordings ( 11 . 12 ) on the trailing arms ( 2 . 3 ) intervene. Verbundlenkerachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (5, 6, 7) rohrförmig sind.Twist-beam axle according to claim 1 or 2, characterized in that the longitudinal profiles ( 5 . 6 . 7 ) are tubular. Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (5, 6, 7) über ihre Länge einen konstanten Querschnitt besitzen.Twist-beam axle according to one of claims 1 to 3, characterized in that the longitudinal profiles ( 5 . 6 . 7 ) have a constant cross section over their length. Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile über ihre Länge einen variierenden Querschnitt besitzen.Twist-beam axle according to one of claims 1 to 3, characterized in that the longitudinal profiles over their length a varying cross-section have. Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (5, 6, 7) auf einem Teilkreis versetzt zueinander angeordnet sind.Twist-beam axle according to one of claims 1 to 5, characterized in that the longitudinal profiles ( 5 . 6 . 7 ) are arranged offset on a pitch circle to each other. Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (5, 6, 7) mit Abstand zueinander angeordnet sind.Twist-beam axle according to one of claims 1 to 6, characterized in that the longitudinal profiles ( 5 . 6 . 7 ) are arranged at a distance from each other. Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile durch Koppelelemente verbunden sind.Twist-beam axle according to one of claims 1 to 7, characterized in that the longitudinal profiles by coupling elements are connected. Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Längsprofil (5, 6, 7) aus einem faserverstärkten Werkstoff besteht.Twist-beam axle according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one longitudinal profile ( 5 . 6 . 7 ) consists of a fiber-reinforced material. Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Längsprofile (5, 6, 7) aus voneinander verschiedenen Werkstoffen bestehen.Twist-beam axle according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least two longitudinal profiles ( 5 . 6 . 7 ) consist of mutually different materials.
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