DE102008017208A1

DE102008017208A1 - Verbundlenkerachse für Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008017208A1
Application number: DE102008017208A
Authority: DE
Inventors: Dirk Ehrlich; Lutz Uhlenbruch
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2009-10-08
Also published as: RU2526309C2; RU2009112451A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse (101, 201) für ein Kraftfahrzeug mit zwei starren Längslenkern (102, 202) und einem die beiden Längslenker biegesteif, jedoch torsionselastisch miteinander verbindenden Torsionsprofil (103, 203), wobei das Torsionsprofil umfasst: einen Zwischenabschnitt (106, 206) mit einer ersten Profilform, die eine erste Torsionsrate aufweist; zwei Endabschnitte (107, 207) mit einer zweiten Profilform, die eine zweite Torsionsrate aufweist, wobei die zweite Torsionsrate größer ist als die erste Torsionsrate; zwei die Endabschnitte mit dem Zwischenabschnitt verbindende Übergangsabschnitte (108, 208), die eine die zweite Profilform der Endabschnitte in die erste Profilform des Zwischenabschnitts überführende dritte Profilform aufweisen. Die Verbundlenkerachse zeichnet sich dadurch aus, dass das Torsionsprofil (103, 203) im Bereich seiner beiden Übergangsabschnitte jeweils zumindest in einem Teilabschnitt eine größere Profilwanddicke als im Bereich seines Zwischenabschnitts aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik und betrifft nach ihrer Gattung eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug mit zwei starren Längslenkern und einem die beiden Längslenker biegesteif, jedoch torsionselastisch miteinander verbindenden Torsionsprofil.
Stand der Technik
Aufgrund vorteilhafter Fahreigenschaften werden moderne Kraftfahrzeuge häufig mit Verbundlenkerachsen ausgerüstet. Verbundlenkerachsen als solche sind den Fachleuten auf dem Gebiet der Fahrwerkstechnik hinlänglich bekannt. Sie werden beispielsweise in den Modellen ”Opel Corsa” und ”Opel Astra” der Anmelderin serienmäßig eingesetzt.
Allgemein umfassen Verbundlenkerachsen zwei starre Längslenker, die durch ein biegesteifes, jedoch torsionsweiches Torsionsprofil miteinander verbunden sind. Die Längslenker dienen zur Radführung und sind an ihren vorderen Enden an der Fahrzeugkarosserie bzw. einem Fahrschemel angelenkt und an ihren hinteren Enden jeweils mit einer Aufnahme zur drehbeweglichen Lagerung eines Rads versehen. In der Verbundlenkerachse wirkt das Torsionsprofil als tordierbarer Stabilisator, durch den das Kurvenverhalten des Fahrzeugs erheblich verbessert werden kann.
In einer typischen Bauweise der Verbundlenkerachse ist das Torsionsprofil in einem mittleren Zwischenabschnitt in U- oder V-Form profiliert, wodurch die gewünschten Torsionseigenschaften ermöglicht werden. Die beiden Endabschnitte weisen beispielsweise ein kreisförmiges Profil auf, das mit den Längslenkern drehfest verbunden wird. Kreisförmig profilierte Endabschnitte haben den Vorteil, dass sie eine wahlfreie Drehlage des Torsionsprofils relativ zu den Längslenkern ermöglichen, so dass über eine Verlagerung des Schubmittelpunktes gezielt das Eigenlenkverhaltens des Fahrzeugs bei Bewegungen um die Fahrzeuglängsachse beeinflusst werden kann.
Wie beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10102759 A1 beschrieben ist, kann ein Torsionsprofil aus einem hohlzylindrischen Rohr mittels Pressumformen hergestellt werden, wobei das Rohr mittels eines Pressstempels in eine entsprechend geformte Pressmatrize eingepresst wird. Da die Rohrwand hierbei aufeinander gepresst wird, weist das so hergestellte Torsionsprofil zumindest im tordierbaren Zwischenabschnitt eine doppelwandige Struktur mit einander anliegenden Profilwänden auf.
Eine andere Herstellungsweise ist in der deutschen Patentanmeldung DE 19949341 A1 beschrieben, wonach ein Torsionsprofil durch Walzen eines geschnittenen Blechteils auf eine bestimmte Blechdicke und anschließendes mechanisches Verprägen in die gewünschte Profilform hergestellt werden kann.
In der industriellen Serienfertigung wird ein Torsionsprofil in der Regel mit einer gleichen Profilwanddicke hergestellt, welche je nach Anwendung für verschiedene Torsionsprofile unterschiedlich groß bemessen sein kann. So kann über die Profilwanddicke des Torsionsprofils eine Rollrate bei Bewegung des Fahrzeugs um die Längsachse gezielt eingestellt werden, welche beispielsweise in Abhängigkeit der Fahrzeuggröße oder der gewünschten Fahreigenschaften variieren kann.
Um sicherzustellen, dass das Torsionsprofil den bei Biege- und Torsionsbelastung auftretenden hohen mechanischen Spannungen standhält, ist es erforderlich, dass die Profilwanddicke ausreichend groß bemessen wird. Dies führt jedoch dazu, dass das Torsionsprofil ein relativ hohes Gewicht hat, wodurch das Fahrzeuggewicht in unerwünschter Weise erhöht wird.
In Anbetracht dieses Problems ist in der oben genannten gattungsbildenden deutschen Patentanmeldung DE 19949341 A1 eine Dickenvariation der Profilwanddicke des Torsionsprofils beschrieben, bei welcher die Profilwanddicke symmetrisch zu einer Mittellinie eines U- oder V-förmig profilierten Zwischenabschnitts zu den mit den Längsträgern verbundenen Endabschnitten hin abnimmt. In dem dort gezeigten Torsionsprofil haben die mit den Längsträgern verbundenen Endabschnitte eine geringere Profilwanddicke als der tordierbare Zwischenabschnitt. Ebenso haben die Übergangsabschnitte, in denen das kreisförmige Profil der Endabschnitte in den U- oder V-förmig profilierten Zwischenabschnitt übergeht, eine geringere Profilwanddicke als der Zwischenabschnitt.
Wie sich in der Praxis gezeigt hat, treten jedoch gerade in den Übergangsabschnitten die größten Biege- und vor allem Torsionsbelastungen auf. Die Profilwanddicke des Torsionsprofils darf deshalb lediglich so weit gedünnt werden, dass eine Schädigung des Torsionsprofils bei Biege- oder Torsionsbeanspruchung vermieden wird, wodurch allerdings die erreichbare Gewichtsreduzierung erheblich eingeschränkt wird.
Aufgabenstellung
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine gattungsgemäße Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, deren Gewicht gegenüber einer herkömmlichen Verbundlenkerachse verringert werden kann.
Lösung der Aufgabe
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Verbundlenkerachse, beispielsweise in Form einer Verbundlenkerhinterachse, für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Die Verbundlenkerachse umfasst gattungsgemäß zwei starre Längslenker, die sich im eingebauten Zustand zumindest annähernd in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken. Die Längslenker dienen zur Radführung und sind typischer Weise an ihren vorderen Enden an der Fahrzeugkarosserie bzw. einem Fahrschemel angelenkt und an ihren hinteren Enden jeweils mit einer Aufnahme zur drehbeweglichen Lagerung eines Rads versehen. Zwischen den beiden Längsträgern ist ein längliches, beispielsweise zumindest annähernd stabförmiges Torsionsprofil angeordnet, welches die beiden Längslenker biegesteif, jedoch torsionsweich miteinander verbindet. Im eingebauten Zustand erstreckt sich das Torsionsprofil zumindest annähernd in Fahrzeugquerrichtung. Das Torsionsprofil um seine Längsachse (beispielsweise Stabachse) tordiert (verdreht) werden.
Das Torsionsprofil kann entlang seiner Erstreckungsrichtung zumindest gedanklich in mehrere Profilabschnitte unterteilt werden. Dies sind:

A) Ein mittlerer Zwischenabschnitt mit einer tordierbaren ersten Profilform, die eine erste Torsionsrate aufweist. Die erste Profilform verändert sich im Bereich des Zwischenabschnitts nicht.
B) Zwei symmetrisch zum Zwischenabschnitt angeordnete, mit den Längslenkern drehfest verbundene Endabschnitte, die jeweils eine zweite Profilform mit einer zweiten Torsionsrate aufweisen, wobei die zweite Torsionsrate größer als die erste Torsionsrate ist. Insbesondere können die beiden Endabschnitte im Wesentlichen nicht-tordierbar, das heißt torsionssteif sein. Die zweite Profilform ist von der ersten Profilform verschieden und verändert sich im Bereich der Endabschnitte jeweils nicht.
C) Zwei symmetrisch zum Zwischenabschnitt angeordnete, die Endabschnitte mit dem Zwischenabschnitt verbindende Übergangsabschnitte, die eine die zweite Profilform der Endabschnitte in die erste Profilform des Zwischenabschnitts überführende dritte Profilform aufweisen. Die dritte Profilform verändert sich im Bereich der Übergangsabschnitte, wobei deren Torsionsrate vom Zwischenabschnitt zu den Endabschnitten hin von der ersten Torsionsrate bis zur zweiten Torsionsrate ansteigt.

Hier und im Weiteren wird unter einer nicht-tordierbaren (torsionssteifen) Profilform eine beispielsweise kreisförmige Profilform verstanden, deren Tordierbarkeit so gering ist, dass sie für die praktische Anwendung als tordierbarer Abschnitt in einem Torsionsprofil nicht geeignet bzw. relevant ist. Als Torsionsrate wird – in Einklang mit der gängigen Verwendung dieses Begriffs in der Fahrwerkstechnik – ein Drehmoment für eine Tordierung des Torsionsprofils um einen wählbaren bestimmten Drehwinkel verstanden (Einheit: Nm/°).
Die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse zeichnet sich in wesentlicher Weise dadurch aus, dass das Torsionsprofil im Bereich seiner beiden Übergangsabschnitte jeweils zumindest in einem (sich in Ersteckungsrichtung des Torsionsprofils erstreckenden) Teilabschnitt (eines Übergangsabschnitts) eine größere Profilwanddicke der Profilwand als im Bereich seines Zwischenabschnitts hat. Mit anderen Worten, die Profilwand des Torsionsprofils ist im Bereich der beiden Übergangsabschnitte, das heißt wenigstens in jeweils einem Teilabschnitt hiervon, dicker als im Bereich des Zwischenabschnitts. Insbesondere kann die vollständige Profilwand der beiden Übergangsabschnitte dicker sein als die Profilwand des Zwischenabschnitts.
Durch die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse ist in vorteilhafter Weise eine Dünnung der Profilwand im Bereich des mittleren Zwischenabschnitts, welcher in der Regel einen Grossteil der Länge in Erstreckungsrichtung des Torsionsprofils ausmacht, ermöglicht, so dass das Gewicht des Torsionsprofil gegenüber herkömmlichen Torsionsprofilen deutlich reduziert werden kann. Durch eine gezielte Verstärkung der Profilwand in einem Bereich, in dem die größten Biege- bzw. Torsionsbelastungen auftreten, kann eine optimale Gewichtsreduzierung erreicht werden, ohne dass die Gefahr einer belastungsinduzierten Schädigung des Torsionsprofils besteht.
In der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse kann es vorteilhaft sein, wenn das Torsionsprofil im Bereich seiner beiden Endabschnitte jeweils zumindest in einem (sich in Ersteckungsrichtung des Torsionsprofils erstreckenden) Teilabschnitt eine größere Profilwanddicke als im Bereich seiner beiden Übergangsabschnitte aufweist. Hierdurch können Schädigungen des Torsionsprofils, insbesondere im Falle ungewöhnlich hoher Torsions- und Biegebelastungen, besonders sicher vermieden werden.
Alternativ hierzu kann es in der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse vorteilhaft sein, wenn das Torsionsprofil im Bereich seiner Endabschnitte zumindest in einem (sich in Erstreckungsrichtung des Torsionsprofils erstreckenden) Teilabschnitt jeweils eine geringere Profilwanddicke aufweist als im Bereich seiner Übergangsabschnitte, wodurch eine besonders große Gewichtsreduzierung des Torsionsprofils erreicht werden, ohne dass hierbei die Gefahr einer belastungsinduzierten Schädigung des Torsionsprofils besteht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse weist das Torsionsprofil im Bereich seines Zwischenabschnitts eine zu den Übergangsabschnitten hin zunehmende Profilwanddicke auf. Durch diese Maßnahme kann ein zumindest nahezu kontinuierlicher Übergang der Profilwanddicken im Bereich der Zwischen- und Übergangsabschnitte erreicht werden, wodurch sprunghafte Änderungen der bei Belastung auftretenden Torsions- bzw. Biegespannungen vermieden werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse weist das Torsionsprofil im Bereich seiner Übergangsabschnitte jeweils eine zum benachbarten Endabschnitt hin zunehmende Profilwanddicke auf. Durch diese Maßnahme kann ein zumindest nahezu kontinuierlicher Übergang der Profilwanddicken im Bereich der Übergangs- und Endabschnitte erreicht werden, wodurch sprunghafte Änderungen der bei Belastung auftretenden Torsions- bzw. Biegespannungen vermieden werden können.
Ein Übergang der Profilwanddicken vom Zwischenabschnitt zu den Übergangsabschnitten bzw. von den Übergangsabschnitten zu den Endabschnitten erfolgt vorzugsweise kontinuierlich, um sprunghafte Änderungen der bei Belastung auftretenden Torsions- bzw. Biegespannungen zu vermeiden. Gleichwohl kann es zumindest in fertigungstechnischer Hinsicht vorteilhaft sein, wenn verschiedene Profilwanddicken stufenförmig, insbesondere in Form flacher Stufen, ineinander übergehen.
In einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse kann es vorteilhaft sein, wenn das Torsionsprofil durch Pressumformen eines hohlzylindrischen Rohrs mit einem gleichen Außenumfang hergestellt ist bzw. wird. Beim Pressumformen wird das hohlzylindrische Rohr zwischen zwei Pressmittel platziert, wobei ein als Pressstempel ausgebildetes erstes Pressmittel in ein als Pressmatrize mit einer zum Pressstempel komplementären Form ausgebildetes zweites Pressmittel eingepresst wird. Das Rohr weist zumindest im Bereich der beiden (nach Umformen hergestellten) Übergangsabschnitte und des Zwischenabschnitts verschiedene Rohrwanddicken auf, welche sich aufgrund des gleichen Außenumfangs des Rohrs radial einwärts verdicken. Dies hat den Vorteil, dass das Umformwerkzeug keine den verschiedenen Profilwanddicken angepasste Form haben muss, so dass insbesondere gleiche Umformwerkzeuge für Torsionsprofile mit verschiedenen Profilwanddicken eingesetzt werden können, wodurch die Fertigungskosten in der industriellen Serienfertigung verringert werden können.
In einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse kann es alternativ hierzu vorteilhaft sein, wenn das Torsionsprofil durch Presswalzen eines (geschnittenen) Blechteils, das zumindest im Bereich der beiden Übergangsabschnitte und des Zwischenabschnitts verschiedene Blechwanddicken aufweist, und anschließendes Verformen bzw. Verprägen des Blechteils hergestellt ist bzw. wird. Durch Presswalzen des Blechteils können Profilabschnitte mit verschiedenen Profilwanddicken in einfacher Weise hergestellt werden. Wird das gewalzte Blechteil so verformt, dass sich die verdickten Profilwanddicken auf der Profilinnenseite befinden, können auch in diesem Fall gleiche Umformwerkzeuge für Torsionsprofile mit verschiedenen Profilwanddicken eingesetzt werden können, wodurch die Fertigungskosten in der industriellen Serienfertigung verringert werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse weist das Torsionsprofil im Bereich seines Zwischenabschnitts eine im Querschnitt (quer zur Erstreckungsrichtung) zumindest annähernd U- oder V-förmige erste Profilform auf. Wird das Torsionsprofil aus einem hohlzylindrischen Rohr hergestellt bzw. weist das Torsionsprofil eine Form auf, die in analoger Weise der Form gemäß einer Herstellung aus einem hohlzylindrischen Rohr entspricht, weist die erste Profilform eine Doppelwandstruktur auf, welche zumindest gedanklich in eine Innenwand und eine die Innenwand umgebende Außenwand unterteilt werden kann. Diese Profilform zeichnet sich durch günstige Tordierungseigenschaften aus und ist besonders einfach, beispielsweise durch obig dargestellte Herstellungsverfahren, herstellbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse weist das Torsionsprofil im Bereich seiner Endabschnitte jeweils eine im Querschnitt (quer zur Erstreckungsrichtung) zumindest annähernd kreisförmige zweite Profilform auf. Durch die rotationsymmetrischen Endabschnitte kann das Torsionsprofil in wahlfreien Drehlagen relativ zu den Längslenkern mit diesen drehfest verbunden werden, so dass ein Schubmittelpunkt bei einer Bewegung des Fahrzeugs um die Längsachse in vorteilhafter Weise eingestellt werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse liegt eine Profilwanddicke des Zwischenabschnitts im Bereich von 2 bis 3 Millimeter. Sie kann beispielsweise 2 Millimeter betragen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse liegt eine Profilwanddicke der Übergangsabschnitte im Bereich von 2,5 bis 4 Millimeter. Sie kann beispielsweise 3 Millimeter betragen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse liegt eine Profilwanddicke der Endabschnitte im Bereich von 3,5 bis 5 Millimeter. Sie kann beispielsweise 4 Millimeter betragen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse weist der Zwischenabschnitt eine Länge auf, welche 50% bis 70%, beispielsweise 60%, der gesamten Länge des Torsionsprofils ausmacht. Die Angaben beziehen sich jeweils auf die Erstreckungsrichtung des Torsionsprofils.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse weisen ein Endabschnitt und ein benachbarter Übergangsabschnitt gemeinsam eine Länge auf, welche 15% bis 25%, beispielsweise 20%, der gesamten Länge des Tor sionsprofils ausmacht. Die Angaben beziehen sich jeweils auf die Erstreckungsrichtung des Torsionsprofils.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse weist ein Übergangsabschnitt zumindest annähernd eine etwa dreimal so große Länge auf wie ein diesem benachbarter Übergangsabschnitt. Die Angaben beziehen sich jeweils auf die Erstreckungsrichtung des Torsionsprofils.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Kraftfahrzeug, das mit wenigstens einer wie oben beschriebenen Verbundlenkerachse ausgerüstet ist.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Gleiche bzw. gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Es zeigen:
1 in einer perspektivischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse;
2 eine Teildarstellung eines Schnitts durch das Torsionsprofil von 1 gemäß der in 1 angegebenen Schnittlinie A-A;
3 in einer perspektivischen Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse.
Es wird zunächst Bezug auf die 1 und 2 genommen, worin ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse in Form einer Verbundlenkerhinterachse gezeigt ist.
Demnach umfasst die insgesamt mit der Bezugszahl 101 bezeichnete Verbundlenkerhinterachse zwei starre Längslenker 102, die durch ein biegesteifes, aber torsionselastisches Torsionsprofil 103 miteinander verbunden sind. Im eingebauten Zustand erstrecken sich die beiden Längslenker 102 in Fahrzeuglängsrichtung, das Torsionsprofil 103 in Fahrzeugquerrichtung.
Die beiden Längslenker 102 sind an ihren vorderen Enden jeweils mit einem Lagerauge 104 versehen, durch das die Verbundlenkerhinterachse 101 am Fahrzeug angelenkt ist. Die beiden Längslenker 102 dienen zur Radführung, zu welchem Zweck sie an ihren hinteren Enden jeweils mit Aufnahmen 105 zur Befestigung von nicht dargestellten Radträgern ausgerüstet sind.
Das stabförmige Torsionsprofil 103 kann entlang seiner Erstreckungsrichtung in mehrere Profilabschnitte unterteilt werden. So weist das Torsionsprofil 103 einen tordierbaren (torsionsweichen) mittleren Zwischenabschnitt 106 mit einem unveränderlichen, im Querschnitt zumindest annähernd U- bzw. V-förmigen Profil auf. In Erstreckungsrichtung des Torsionsprofils 103 hat der Zwischenabschnitt hier beispielsweise eine Länge L1 von ca. 600 mm.
Symmetrisch zu beiden Seiten des Zwischenabschnitts 106 ist das Torsionsprofil 103 jeweils mit Endabschnitten 107 versehen, die im Querschnitt zumindest annähernd ein nicht-tordierbares (torsionssteifes), unveränderliches, kreisförmiges Profil aufweisen. Die beiden Längslenker 102 sind jeweils an entsprechend geformten, in 1 nicht näher bezeichneten Montageflächen an den beiden Endabschnitten 107 des Torsionsprofils beispielsweise mittels einer Schweißverbindung drehfest angebracht. Aufgrund des rotationssymmetrischen Profils der beiden Endabschnitte 107 kann das Torsionsprofil in einer beliebigen Drehlage relativ zu den Längslenkern 102 mit diesen verbunden werden. In Erstreckungsrichtung des Torsionsprofils 103 haben die beiden Endabschnitte 107 hier beispielsweise jeweils eine Länge L3 von ca. 50 mm.
Weiterhin symmetrisch zu beiden Seiten des Zwischenabschnitts 106 ist das Torsionsprofil 103 jeweils mit Übergangsabschnitten 108 versehen, welche den Zwischenabschnitt 106 mit den beiden Endabschnitten 107 verbinden. Die Übergangsabschnitte 108 haben im Querschnitt ein veränderliches Profil, welches das U- bzw. V-förmige Profil des Zwischenabschnitts 106 in das kreisförmige Profil der beiden Endabschnitte 107 überführt. In Erstreckungsrichtung des Torsionsprofils 103 haben die beiden Übergangsabschnitte hier beispielsweise jeweils eine Länge L2 von Ca. 150 mm.
In Summe weist das Torsionsprofil 103 somit eine Länge in Erstreckungsrichtung von ca. 1000 mm auf.
Bei Torsionsbeanspruchung des Torsionsprofils 103 der Verbundlenkerhinterachse 101 treten die größten mechanischen Belastungen (Spannungen) im Bereich der beiden Übergangsabschnitte 108 auf, da sich die Torsionseigenschaft (Torsionsrate) des Torsionsprofils 103 dort von torsionsweich (geringere Torsionsrate) auf torsionshart (größere Torsionsrate) ändert.
Um ein Torsionsprofil zu realisieren, das einerseits den auftretenden hohen Torsionsbelastungen standhält und andererseits ein relativ geringes Gewicht hat, weist das Torsionsprofil 103 eine veränderliche Profilwanddicke auf. Wie 2, worin ein Schnitt durch das Torsionsprofil gemäß der in 1 angegebenen Linie A-A teilweise dargestellt ist, entnommen werden kann, weisen der Zwischenabschnitt 106, die beiden Übergangsabschnitte 108 und die beiden Endabschnitte 107 jeweils in ihrem Abschnitt eine gleiche Profilwanddicke auf, wobei die Profilwanddicke der beiden Übergangsabschnitte 108 größer ist als die Profilwanddicke des Zwischenabschnitts 106 und die Profilwanddicke der beiden Endabschnitte 107 größer ist als die Profilwanddicke der beiden Übergangsabschnitte 108. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Profilwanddicke im Bereich des Zwischenabschnitts 106 ca. 2 mm, im Bereich der beiden Übergangsabschnitte 108 ca. 3 mm und im Bereich der beiden Endabschnitte 107 ca. 4 mm. Eine Verdickung der Profilwand des Torsionsprofils 103 erfolgt stufenförmig, wobei die Profilwanddicke vom Zwischenabschnitt 106 zu den beiden Übergangsabschnitten 108 jeweils an einer ersten Stufe 109 und die Profilwanddicke von den Übergangsabschnitten 108 zu den Endabschnitten 107 jeweils an einer zweiten Stufe 10 zunimmt. Die beiden Stufen 109, 110 haben in Erstreckungsrichtung des Torsionsprofils 103 einen schrägen Verlauf, sind somit relativ flach, so dass eine sprunghafte Änderung mechanischer Spannungen vermieden werden kann. Eine Zunahme der Profilwanddicke erfolgt radial einwärts durch Verkleinerung einer radialen Abmessung eines von einer Innenfläche 112 der Profilwand umgebenen Hohlraums 111. Es erfolgt keine Änderung des Außenumfangs bzw. der Außenkontur des Torsionsprofils 103 bei einer Änderung der Profilwanddicke.
Jeder Endabschnitt 107 ist mit einem randständigen Verbindungsteilabschnitt 113 versehen, dessen Profilwanddicke sich an einer dritten Stufe gegenüber der Profilwanddicke im restlichen Endabschnitt 107 verringert. Die Profilwanddicke ergibt sich dort aus einer standardisierten Befestigungsweise für die Verbindung der Längslenker 102 mit den Endabschnitten 107.
Das in 2 lediglich teilweise dargestellte Torsionsprofil 103 ist in symmetrischer Weise fortgesetzt zu denken, da die in 2 nicht dargestellten Übergangs- und Endabschnitte symmetrisch zu den dargestellten Übergangs- und Endabschnitten ausgebildet sind.
Das in 1 und 2 dargestellte Torsionsprofil 103 der Verbundlenkerhinterachse 101 kann beispielsweise durch Pressumformen eines hohlzylindrischen Rohrs mit einem gleichen Außenumfang hergestellt werden, wobei das Rohr durch einen Pressstempel in eine Pressmatrize mit einer zum Pressstempel komplementären Form eingepresst wird. Das Rohr wird beispielsweise durch Tiefziehen geformt, wobei die Rohrwanddicke entsprechend den Profilwanddicken der profilierten Zwischen-, Übergangs- und Endabschnitten unterschiedlich bemessen ist. Aufgrund der radial einwärts gerichteten Rohrwandverdickungen ist es nicht erforderlich, die Umformwerkzeuge in Abhängigkeit der Rohrwanddicken auszutauschen.
Gleichermaßen ist es auch möglich, dass das Torsionsprofil durch Presswalzen eines in entsprechende Form geschnittenen Blechteils, das entsprechend den Profilwanddicken der profilierten Zwischen-, Übergangs- und Endabschnitten auf eine gewünschte Blechdicke gewalzt wird, und anschließendes Verprägen des gewalzten Blechteils hergestellt wird.
Durch Pressumformen bzw. Verprägen wird der Zwischenabschnitt 106 zu einem U- bzw. V-förmigen doppelwandige Profil umgeformt bzw. verprägt. Die beiden Profilwände können einander teilweise oder vollständig anliegen, so dass der Hohlraum 111 zumindest teilweise verschwinden kann.
Das in 1 und 2 gezeigte Torsionsprofil 103 könnte alternativ auch so ausgestaltet sein, dass die Profilwanddicke der beiden Endabschnitte 107 jeweils geringer ist als die Profilwanddicke der Übergangsabschnitte 108. So könnte die Profilwanddicke im Bereich der beiden Endabschnitte 107 beispielsweise ca. 2 mm betragen. Hierdurch könnte vorteilhaft eine weitere Gewichtsreduzierung des Torsionsprofils 103 erreicht werden, ohne dass die Gefahr von belastungsinduzierten Schädigungen des Torsionsprofils 103 besteht.
In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbundlenkerhinterachse 201 gezeigt. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zur Verbundlenkerhinterachse 101 von 1 erläutert und ansonsten auf die Ausführungen zu 1 verwiesen.
Die in 2 gezeigte Verbundlenkerhinterachse 201 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Verbundlenkerhin terachse 101 lediglich in Form und Anordnung des Torsionsprofils 203. Während das Torsionsprofil 103 von 1 in Erstreckungsrichtung geradlinig verläuft, ist das Torsionsprofil 203 von 2 gekröpft, wodurch insbesondere das Biegeverhalten des Torsionsprofils 203 bei Biegebelastung beeinflusst werden kann. Zudem weist das Torsionsprofil 203 von 2 gegenüber dem Torsionsprofil 103 von 1 eine andere Drehlage relativ zu den Längslenkern 202 auf, wodurch der Schubmittelpunkt des Torsionsprofil bei Bewegungen des Fahrzeugs um die Längsachse verändert ist.

101: Verbundlenkerhinterachse
102: Längslenker
103: Torsionsprofil
104: Lagerauge
105: Aufnahme
106: Zwischenabschnitt
107: Endabschnitt
108: Übergangsabschnitt
109: erste Stufe
110: zweite Stufe
111: Hohlraum
112: Innenfläche
113: Verbindungsteilabschnitt
114: dritte Stufe
201: Verbundlenkerhinterachse
202: Längslenker
203: Torsionsprofil
204: Lagerauge
205: Aufnahme
206: Zwischenabschnitt
207: Endabschnitt
208: Übergangsabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10102759 A1 [0005]
- DE 19949341 A1 [0006, 0009]

Claims

Verbundlenkerachse (101, 201) für ein Kraftfahrzeug mit zwei starren Längslenkern (102, 202) und einem die beiden Längslenker biegesteif, jedoch torsionselastisch miteinander verbindenden Torsionsprofil (103, 203), wobei das Torsionsprofil umfasst: – einen Zwischenabschnitt (106, 206) mit einer ersten Profilform, die eine erste Torsionsrate aufweist, – zwei Endabschnitte (107, 207) mit einer zweiten Profilform, die eine zweite Torsionsrate aufweist, wobei die zweite Torsionsgrate größer ist als die erste Torsionsrate, – zwei die Endabschnitte mit dem Zwischenabschnitt verbindende Übergangsabschnitte (108, 208), die eine die zweite Profilform der Endabschnitte in die erste Profilform des Zwischenabschnitts überführende dritte Profilform aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsprofil (103, 203) im Bereich seiner beiden Übergangsabschnitte jeweils zumindest in einem Teilabschnitt eine größere Profilwanddicke als im Bereich seines Zwischenabschnitts aufweist.
Verbundlenkerachse (101, 201) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsprofil (103, 203) im Bereich seiner beiden Endabschnitte (107, 207) jeweils zumindest in einem Teilabschnitt eine größere Profilwanddicke als im Bereich seiner Übergangsabschnitte (108, 208) aufweist.
Verbundlenkerachse (101, 201) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsprofil (103, 203) im Bereich seiner beiden Endabschnitte (107, 207) zumindest in einem Teilabschnitt jeweils eine geringere Profilwanddicke aufweist als im Bereich seiner Übergangsabschnitte (108, 208).
Verbundlenkerachse (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsprofil (103, 203) im Bereich seines Zwischenabschnitts (106, 206) eine zu den (Ü bergangsabschnitten (108, 208) hin zunehmende Profilwanddicke aufweist.
Verbundlenkerachse (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsprofil (103, 203) im Bereich seiner Übergangsabschnitte (108, 208) jeweils eine zum benachbarten Endabschnitt (107, 207) hin zunehmende Profilwanddicke aufweist.
Verbundlenkerachse (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsprofil (103, 203) durch Umformen eines hohlzylindrischen Rohrs mit einem gleichen Außenumfang, welches zumindest im Bereich der beiden Übergangsabschnitte (108, 208) und des Zwischenabschnitts (106, 206) verschiedene Rohrwanddicken aufweist, hergestellt ist.
Verbundlenkerachse (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsprofil (103, 203) durch Presswalzen eines Blechteils, das zumindest im Bereich der beiden Übergangsabschnitte (108, 208) und des Zwischenabschnitts (106, 206) verschiedene Blechwanddicken aufweist, und anschließendes Verformen des Blechteils hergestellt ist.
Verbundlenkerachse (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsprofil (103, 203) im Bereich seines Zwischenabschnitts (106, 206) eine im Querschnitt zumindest annähernd U- oder V-förmige erste Profilform aufweist.
Verbundlenkerachse (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsprofil (103, 203) im Bereich seiner Endabschnitte (107, 207) jeweils eine im Querschnitt zumindest annähernd kreisförmige zweite Profilform aufweist.
Verbundlenkerachse (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Profilwanddicke des Zwischenabschnitts (106, 206) im Bereich von 2 bis 3 Millimeter liegt und beispielsweise 2 Millimeter beträgt.
Verbundlenkerachse (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Profilwanddicke der Übergangsabschnitte (108, 208) jeweils im Bereich von 2,5 bis 4 Millimeter liegt und beispielsweise 3 Millimeter beträgt.
Verbundlenkerachse (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Profilwanddicke der Endabschnitte (107, 207) im Bereich von 3,5 bis 5 Millimeter liegt und beispielsweise 4 Millimeter beträgt.
Verbundlenkerachse (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenabschnitt (106, 206) eine Länge aufweist, welche 50% bis 70%, beispielsweise 60%, der gesamten Länge des Torsionsprofils (103, 203) ausmacht.
Verbundlenkerachse (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt (107, 207) und ein benachbarter Übergangsabschnitt (108, 208) gemeinsam eine Länge aufweisen, welche 15% bis 25%, beispielsweise 20%, der gesamten Länge des Torsionsprofils (103, 203) ausmacht.
Verbundlenkerachse (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergangsabschnitt (108, 208) zumindest annähernd eine dreifache Länge aufweist wie ein benachbarter Endabschnitt (107, 207).
Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Verbundlenkerachse (101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.