DE102008036340B4

DE102008036340B4 - Kraftfahrzeug mit einer Verbundlenkerachse

Info

Publication number: DE102008036340B4
Application number: DE102008036340.5A
Authority: DE
Inventors: Dr. Tröndle Georg; Dirk-Heinrich Rehbein
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2028-08-05
Also published as: DE102008036340A1

Abstract

Kraftfahrzeug mit einer Verbundlenkerachse, welche umfasst:- zwei Achslenker (1), die jeweils an einem Endabschnitt (2) mit einem Fahrzeugaufbau und an einem weiteren Endabschnitt (4) mit einem Fahrzeugrad gekoppelt sind,- einen Querträger (6), der einen an einer Längsseite offenen Profilquerschnitt aufweist und die beiden Achslenker (1) in Querrichtung definiert torsionselastisch, jedoch hinreichend biegesteif miteinander verbindet, und- zwei Schottbleche (7), die jeweils im Übergangsbereich zwischen dem Querträger (6) und einem Achslenker (1) angeordnet sind und sich zumindest mit einem Endabschnitt (11) in das Profil des Querträgers (6) erstrecken, wobei die Schottbleche (7) zumindest an ihrem querträgerseitigen Endabschnitt (11) in einer Schnittebene quer zur Längserstreckung des Querträgers (6) einen gewölbten Profilquerschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottbleche (7) in Richtung des querträgerseitigen Endabschnitts (11) eine abnehmende Breite aufweisen und zumindest an ihrem querträgerseitigen Endabschnitt (11) im Bereich ihrer Anlage an die Wand des Querträgers (6) unter einem spitzen Winkel (a) an die Wand des Querträgers (6) anschließen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einer Verbundlenkerachse nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Unter einer von außen wirkenden Seitenkraft neigt an einer Verbundlenkerachse das kurvenäußere Rad einer solchen Achse dazu, in Nachspur zu gehen. Dies ist unerwünscht und kann in einem gewissen Umfang durch geeignete elastokinematische Spur- und Sturzänderungen bei wechselseitigem Einfedern kompensiert werden. Einen wesentlichen Faktor stellt hierbei die Nachgiebigkeit des die Achslenker in Fahrzeugquerrichtung verbindenden Querträgers dar. Weiterhin soll die Verbundlenkerachse möglichst seiten-, sturz- und vorspursteif sein. Aus diesem Grunde wird ein Querträger mit hoher Biegesteifigkeit angestrebt.
Insbesondere im Übergangsbereich zwischen dem torsionsweichen Querträger und den möglichst steifen Achslenkern ergeben sich im Betrieb komplexe Spannungszustände, welche die Bauteilfestigkeit begrenzen. Steife Schottbleche zwischen den Achslenkern und dem Querträger begünstigen zwar eine stabile Anbindung, können jedoch unter Torsion zu einem inhomogenen Spannungsverlauf entlang des Querträgers führen. Insbesondere am querträgerseitigen Ende der Schottbleche treten hohe Spannungsspitzen auf, welche die Festigkeit der Verbundlenkerachse beeinträchtigen.
Eine Verbundlenkerachse der eingangs genannten Art ist aus US 5,518,265 A bekannt. Das dort offenbarte Schottblech stützt sich auf einem Rand des Querträgers ab.
Weiterhin ist aus DE 10 2006 041 567 A1 ein Schottblech bekannt, dessen querträgerseitiger Endabschnitt gabelförmig ausgebildet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kraftfahrzeug mit einer Verbundlenkerachse der eingangs genannten Art unter im wesentlicher Beibehaltung oder Verminderung des Bauteilgewichts die Bauteilsteifigkeit weiter zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit einer Verbundlenkerachse mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Es hat sich gezeigt, dass durch diese überraschend einfache Maßnahme eine deutliche Spannungsreduktion im Übergang von dem unter Torsion verformten Profilbereich des Querträgers in den unverformten Teil der Verbundlenkerachse erzielt werden kann. Im Vergleich zu einem nicht-gewölbten Schottblech wird eine Verminderung der maximalen v. Mises-Spannungen um circa 25 Prozent erzielt. Hierdurch ergibt sich eine merkliche Erhöhung der Bauteilfestigkeit bzw. es lassen sich kostengünstige Materialien verwenden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Aus den oben stehenden Gründen ist es besonders vorteilhaft, wenn die Wölbung des Profilquerschnitts in Richtung einer Profilverjüngung des Querträgers weist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 eine räumliche Ansicht eines Ausführungsbeispiels für eine Verbundlenkerachse nach der Erfindung von unten,
2 eine Ansicht eines Schottblechs,
3 eine Detailansicht des Anbindungsbereichs des Querträgers an einen Achslenker, und in
4 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 1.

Das in den 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Verbundlenkerachse für ein Personkraftfahrzeug, über die die Hinterräder des Fahrzeugs gegen dessen Aufbau abgestützt werden.
Die in 1 dargestellte Verbundlenkerachse umfasst je Fahrzeugrad einen Achslenker 1, der sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. Jeder Achslenker 1 weist an seinem vorderen Endabschnitt 2 ein Lager 3 zur schwenkbaren Ankopplung an den Fahrzeugaufbau auf. Die Schwenkachsen der Lager 3 verlaufen dabei im wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung. Jedes der Lager 3 ist als elastokinematisches Lager, beispielsweise als Gummi-Metall-Lager ausgebildet, um in Zusammenwirkung mit weiteren elastokinematischen Komponenten geeignete Spur- und Sturzkorrekturen unter Seitenkrafteinfluss oder/oder bei wechselseitigem Einfedern zu bewirken.
An den Achslenkern 1 befindet sich ferner jeweils an einem hinteren Endabschnitt 4 ein Radträger zur Ankopplung eines nicht näher dargestellten Fahrzeugrads. Im Bereich des Radträgers ist ein Schwingungsdämpfer 5 abgestützt.
Die beiden Achslenker 1 sind zwischen den Endabschnitten 2 und 4 in Querrichtung durch einen Querträger 6 verbunden, der als Torsionsprofil ausgebildet ist. Der Querträger 6 ist ein an einer Längsseite offenes Hohlprofil aus Blech und aufgrund seiner Geometrie torsionsweich bzw. torsionselastisch, jedoch biegesteif. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die offene Seite des Profils nach unten. Wie 1 zeigt, ist der geradlinig ausgebildete Querträger 6 mit seinen beiden axialen Enden an den Innenseiten der Achslenker 1 angeschweißt.
Zur Aussteifung des Übergangsbereichs zwischen den Achslenkern 1 und dem Querträger 6 ist jeweils ein Schottblech 7 vorgesehen. Weiterhin befindet sich in dem rückseitigen Zwickel zwischen dem Querträger 6 und jeweils einem der Achslenker 1 ein Federträger 8, der sowohl an dem Querträgers 6 als auch am betreffenden Achslenker 1 abgestützt und befestigt ist. Die Abstützung am Querträger 6 erfolgt dabei im Bereich des Schottblechs 7.
Zur Verbesserung der Bauteilfestigkeit der Verbundlenkerachse ist das Schottblech 7 in besonderer Weise geformt und angeordnet.
Jedes Schottblech 7 erstreckt sich im wesentlichen in Richtung des Querträgers 6 und ist innerhalb des Profilsquerschnitts desselben aufgenommen. Ein achslenkerseitiger Endabschnitt 9 des Schottblechs 7 erstreckt sich bis unter einen Achslenker 1 und ist vorzugsweise an diesem angeschweißt. Der achslenkerseitige Endabschnitt 9 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen eben ausgebildet. An den achslenkerseitigen Endabschnitt 9 schließt ein Übergangsabschnitt 10 an, der in einen querträgerseitigen Endabschnitt 11 übergeht. Wie 3 und 4 zeigen, weist der querträgerseitige Endabschnitt 11 in einer Schnittebene quer zur Längserstreckung des Querträgers 6 einen gewölbten Profilquerschnitt auf. Die Wölbung des Profilquerschnitts weist dabei in Richtung einer Profilverjüngung des Querträgers 6. Am stirnseitigen Ende des querträgerseitigen Endabschnitts 11 ergibt sich somit eine bogenförmige Kante 12.
Das Schottblech 7 verläuft von dem Achslenker 1 in Richtung des Querträgers 6 in den Profilquerschnitt des Querträgers 6 hinein, das heißt von der offenen Seite des Profilsquerschnitts zum Scheitel desselben. Dabei nimmt die Breite des Schottblechs 7 in Richtung des querträgerseitigen Endes entsprechend der Profilquerschnittsverjüngung des Querträgers 6 ab. Hierdurch ergibt sich ein weicher Übergang zwischen dem von Schottblechen 7 freien Torsionsabschnitt 13 in der Mitte des Querträgers 6 zu den steiferen Achslenkern 1. Vorzugsweise ist das Schottblech 7 an seinen Flanken 14 und 15 mit dem Querträger 6 verschweißt. Durch die Wölbung des Schottblechs 7 im Bereich des Endabschnitts 11 werden Spannungsspitzen insbesondere im Bereich der Anlage der Kante 12 an den Querträger 6 stark reduziert. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Bauteilfestigkeit aus.
4 zeigt einen Schnitt durch den Querträger 6 und das Schottblech 7. Der Querträger 6 weist im Profilquerschnitt einen in etwa V-förmigen Scheitelabschnitt auf, der in Einbaulage der Verbundlenkerachse nach oben weist. Die Arme der V-Form sind asymmetrisch. Der in Fahrtrichtung vornliegende Arm 16 ist steiler angestellt als der als in Fahrtrichtung hintenliegende Arm 17, der zudem deutlich breiter als der vornliegende Arm 16 ist. An jeden Arm 16 bzw. 17 des Querschnitts schließt ein abgewinkelter Steg 18 bzw. 19 an. Beide Stege 18 und 19 verlaufen nahezu parallel und enden an der offenen Seite des Profilsquerschnitts in einem nach außen gebogenen Kragen 20 und 21.
Der Profilquerschnitt des Schottblechs 7 bildet im Bereich des Übergangsabschnitt 10 und des querträgerseitigen Endabschnitts 11 ebenfalls einen V-förmigen Scheitelabschnitt mit einem in Fahrtrichtung vornliegenden steileren und schmaleren Arm 22 und einem in Fahrtrichtung hintenliegenden flacheren und breiteren Arm 23 aus. An diese Arme schließen die vorstehend bereits erwähnten Flanken 14 und 15 des Schottblechs 7 an. Wie 4 zeigt, weist der V-förmige Scheitelabschnitt des Schottblechs 7 in Richtung des V-förmigen Scheitelabschnitts des Querträgers 6 und ist von letzterem beabstandet, während die Flanken 14 und 15 an den Stegen 18 und 19 anliegen. Auch die Kante 12 liegt vorzugsweise vollständig an dem Querträger 6 bzw. dessen Scheitelabschnitt an und ist mit diesem verschweißt.
Aufgrund der in 4 gezeigten Wölbung des Endabschnitts 11 des Schottbleches 7 laufen dessen Arme 22 und 23 unter einem spitzen Winkel gegen die Wand des Querträgers 6. Vorzugsweise ist dieser Winkel α kleiner oder gleich 45 Grad. Auch ein tangentialer Übergang in die Innenwände der Stege 18 und 19 ist möglich. Der spitze Winkel α der Schweißverbindung 24 zwischen dem Schottblech 7 und dem Querträger 6 ist somit deutlich kleiner als 90°.
Das gewölbte Schottblech 7 verbindet den torsionsweichen Querträger 6 mit einem der Achslenker 1 und bewirkt dabei eine Versteifung der Anbindung des Querträgers 6 am Achslenker 1 bei gleichzeitig sanftem Übergang der Steifigkeit vom verformbaren in den unverformbaren Bereich der Verbundlenkerachse unter Vermeidung ausgeprägter Spannungsspitzen.
Zur Gewichtseinsparung können im gering belasteten Bereich des Schottblechs 7 Öffnungen vorgesehen werden, wie dies in den Figuren anhand einer Öffnung 25 angedeutet ist.
Das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel einer Verbundlenkerachse eines Kraftfahrzeuges weist gegenüber herkömmlichen Verbundlenkerachsen eine höhere Steifigkeit auf und führte zu einer Verbesserung der Achskinematik. Dies ermöglicht wiederum eine Verbesserung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs.
Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Achslenker
2: vorderer Endabschnitt eines Achslenkers
3: Lager
4: hinterer Endabschnitt eines Achslenkers
5: Schwingungsdämpfer
6: Querträger
7: Schottblech
8: Federträger
9: achslenkerseitiger Endabschnitt eines Schottblechs
10: Übergangsabschnitt
11: querlenkerseitiger Endabschnitt eines Schottblechs
12: gekrümmte Kante
13: Torsionsabschnitt
14: Flanke
15: Flanke
16: vorderer Arm des Profilsquerschnitts des Querträgers
17: hinterer Arm des Profilsquerschnitts des Querträgers
18: Steg
19: Steg
20: Kragen
21: Kragen
22: vorderer Arm des Profilsquerschnitts des Schottblechs
23: hinterer Arm des Profilsquerschnitts des Schottblechs
24: Schweißnaht
25: Öffnung

Claims

Kraftfahrzeug mit einer Verbundlenkerachse, welche umfasst: - zwei Achslenker (1), die jeweils an einem Endabschnitt (2) mit einem Fahrzeugaufbau und an einem weiteren Endabschnitt (4) mit einem Fahrzeugrad gekoppelt sind, - einen Querträger (6), der einen an einer Längsseite offenen Profilquerschnitt aufweist und die beiden Achslenker (1) in Querrichtung definiert torsionselastisch, jedoch hinreichend biegesteif miteinander verbindet, und - zwei Schottbleche (7), die jeweils im Übergangsbereich zwischen dem Querträger (6) und einem Achslenker (1) angeordnet sind und sich zumindest mit einem Endabschnitt (11) in das Profil des Querträgers (6) erstrecken, wobei die Schottbleche (7) zumindest an ihrem querträgerseitigen Endabschnitt (11) in einer Schnittebene quer zur Längserstreckung des Querträgers (6) einen gewölbten Profilquerschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottbleche (7) in Richtung des querträgerseitigen Endabschnitts (11) eine abnehmende Breite aufweisen und zumindest an ihrem querträgerseitigen Endabschnitt (11) im Bereich ihrer Anlage an die Wand des Querträgers (6) unter einem spitzen Winkel (a) an die Wand des Querträgers (6) anschließen.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung des Profilquerschnitts in Richtung einer Profilverjüngung des Querträgers (6) weist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schottbleche (7) an ihrem querträgerseitigen Ende eine bogenförmige Kante (12) aufweisen.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottbleche (7) an ihrem querträgerseitigen Endabschnitt (11) im Bereich ihrer Anlage an die Wand des Querträgers (6) tangential oder unter einem Winkel (α) von maximal 45° an die Wand des Querträgers (6) anschließen.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottbleche (7) vollständig in dem Profil des Querträgers (6) aufgenommen sind.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottbleche (7) an ihren Flanken (14, 15) mit dem Querträger (6) verschweißt sind.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottbleche (7) an der Unterseite der Achslenker (1) befestigt sind.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottbleche (7) an der Unterseite der Achslenker (1) angeschweißt sind.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottbleche (7) zumindest über ihre halbe Länge einen gewölbten Profilquerschnitt aufweisen.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (8) zur Abstützung einer Feder sowohl an einem der Achsträger (1) als auch an dem Querträger (6) abgestützt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung des Federträgers (8) an dem Querträger (6) im Bereich eines Schottblechs (7) vorgenommen ist.