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Die
Erfindung betrifft eine Zug- und Druckstange, insbesondere einen
Querlenker oder einen Längslenker für eine Kraftfahrzeugradaufhängung, bestehend
aus einem länglichen Körperelement und an den
jeweiligen freien Enden des länglichen Körperelements
angeordneten Aufnahmeelementen.
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Stand der Technik
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Unter
dem Begriff Zug- und Druckstange werden alle balkenartigen Ausführungen
verstanden, die mindestens ein Lager an ihren beiden Enden aufweisen.
Die Belastung solcher Stangen kann in Längserstreckung
(Zug-/Druck) oder quer zur Längserstreckung erfolgen. Die
Ausgestaltung der Zug- und Druckstange ist abhängig von
der jeweiligen Belastung, die zu erwarten bzw. zu übertragen
ist. Ein Teilelement der Zug- und Druckstange ist das Körperelement,
wobei an den freien Enden die Lagerelemente in der Ausbildung von
Aufnahmeelementen ausgebildet sind.
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Querlenker
für Kraftfahrzeugradaufhängungen sind dem Stand
der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Sie können
als schalenartige Bauteile ausgeführt sein, wobei derartige
Querlenker in der Regel aus zwei aus Blech geformten Schalenbestandteilen,
welche an ihren Aussenkanten miteinander verschweisst oder vermietet
werden, bestehen.
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Ferner
sind Querlenker bekannt, insbesondere aus der
DE 10 2005 008 548 A1 ,
deren Körperelement aus zwei im Querschnitt bestehenden
vorzugsweise rechteckig ausgebildeten Hohlkörperelement
bestehen, die mit einem flächigen Bauteil miteinander verbunden
sind.
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Eine
andere aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsform
sieht vor, dass das Körperelement ein Guss- oder ein Aluminiumteil
ist, das eine Doppel T-Trägerform aufweist.
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Aus
der
DE 10 2004
055 117 B3 ist ein Querlenker für eine Fahrzeugachse
bekannt, der durch zwei identisch ausgebildete Schalen aus Metall
gekennzeichnet ist, die zusammen das Körperelement bilden.
Durch die kongruente Zuordnung durch eine mindestens abschnittsweise
eingebrachte Verklebung sind die beiden Schalen sandwichartig zueinander
im Abstand angeordnet.
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Nachteile des Standes der Technik
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Ein
Nachteil von Zug- und Druckstangen der vorstehenden Art besteht
in ihrer vergleichsweise geringen Steifigkeit. Bei zweischaligen
Querlenkern ist es notwendig, um die entsprechende Steifigkeit zu erreichen,
die beiden Schalen miteinander zu fügen, was in der Regel
durch Schweissen bewerkstelligt wird.
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Doppel-T-Profile
weisen ein hohes Flächen-Trägheitsmoment auf,
das bei zu erwartenden niedrigen Lasten aus Gewichtsgründen
sehr filigran ausgestaltet und mit einer Vielzahl von kleinen Radien
versehen sein sollten. Aufgrund dieser sehr präzisen Ausgestaltung,
nämlich kleine Radien, filigrane Flächenelemente
usw., ist zur Herstellung, beispielsweise durch einen Umformprozess,
ein hoher Aufwand notwendig, der unweigerlich zu hohen Kosten führt.
Lenkelemente, wie ein Quer- oder Längslenker, die ein hohes
Eigengewicht aufweisen, wirken sich besonders negativ aus, da es
sich insbesondere im Fahrwerksbereich um ungefederte Massen handelt.
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Zudem
sind Doppel T-Profile sehr kostenintensiv, da sie wesentlich höhere
Werkzeugstandzeiten bedürfen. Um Schmutznester innerhalb
der Doppel T-Träger zu vermeiden, ist es notwendig, sogenannte
Wasserablaufbohrungen vorzusehen, damit die Korrosionswahrscheinlichkeit,
insbesondere in diesen Bereichen, erniedrigt wird. Zudem sind solche Querlenker
bezogen auf ihr Gewicht sehr hoch, was wiederum zu ungewolltem hohen
Energieaufwand gerade bei der Beförderung führt.
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Aufgabenstellung
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Der
Erfindung liegt, ausgehend vom Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde,
eine Zug- und Druckstange, insbesondere einen Quer- oder Längslenker
für eine Fahrzeugachse zu schaffen, welche eine erhöhte
Steifigkeit, bzw. Festigkeit unter Reduzierung des Bauteilsgewichts
sowie der Bauteilkosten erlaubt.
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Lösung der Aufgabe
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Die
Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteile der Erfindung
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Der
Kerngedanke der Erfindung besteht darin, das Körperelement
einer Zug- und Druckstange im Querschnitt sternförmig besonders
auszugestalten.
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Eine
sternförmige Ausgestaltung kann derart ausgebildet sein,
dass ein Längselement vorgesehen ist, von dem sich die
einzelnen Arme sternförmig wegerstrecken.
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Sind
drei Arme vorgesehen, so entsteht – aufgespannt – eine
besonders ausgestaltete dreiecksförmige Querschnittsfläche.
Dieser Querschnitt weist an seinen jeweiligen Ecken entsprechende
Radien R auf und die jeweiligen Ecken sind durch konkave Kurvenformen
miteinander verbunden werden. Dadurch ergibt sich ein Querschnitt,
der ungefähr der Draufsicht eines dreiblättrigen
Kleeblatts entspricht. Dieser Querschnitt ist derart ausgelegt,
dass insbesondere bei der Anwendung eines Quer- oder eines Längslenkers
die eine Spitze des Dreiecks in Längserstreckung des Körperelements
derart verläuft, dass diese senkrecht zur aufgespannten
Ebene der entsprechenden Aufnahmeelemente (Augen) sich erstreckt.
Dadurch wird auch gewährleistet, dass eine konkave Form
des dreieckigen Querschnitts auf der gegenüberliegenden
Seite angeordnet ist, sodass dadurch eine extrem hohe Steifigkeit,
insbesondere bei geringem Eigengewicht und gleichzeitig guter Schmiedbarkeit
erzielt wird.
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Eine
andere alternative Ausführungsform sieht vor, dass der
Querschnitt vier Arme aufweist. Die einzelnen sternartigen Arme,
die sich von einem zentralen Längselement wegerstrecken,
können in unterschiedlicher Art und Weise angeordnet sind,
so dass eine kreuzartige oder eine x-artige oder eine andere Anordnung
ausgeführt werden kann. Auch hier wird eine hohe Steifigkeit
bei geringem Eigengewicht unter der Berücksichtigung guter
Schmiedbarkeit erzielt.
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Eine
Weiterbildung sieht vor, dass über die Längserstreckung
des Körperelements der Durchmesser bzw. die Quererstreckung
der jeweiligen Arme bzw. kleeartigen Blätter unterschiedlich
sein kann. Eine Ausführung sieht vor, dass zu den Aufnahmeelementen
der Querschnitt sich verjüngt, wohingegen dieser im Bereich
der Mitte des Körperelements (bezogen auf den Abstand zu
den Aufnahmeelementen) grösser ausgestaltet ist. Zu den
Enden hin ist somit eine Taillierung vorgesehen.
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Ein
weiterer wesentlicher Kerngedanke ist es, dass der Massesschwerpunkt
des Körperelements in der Mitte des Querschnittes liegt.
Dadurch wird vermieden, dass zusätzliche Momente auftreten können.
Da das Profil selbst in Querschnitt symmetrisch ist, treten nach
allen Richtungen gleiche Knickwahrscheinlichkeiten auf.
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Die
Anlenkung an die entsprechenden Aufnahmenelemente kann belastungsoptimiert
ausgeführt werden, da aufgrund des Querschnittes und auch
der konkaven Ausführungen keine Masseanhäufungen
in den Anlenkungspunkten vorgesehen sind.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung und
Ansprüchen hervor:
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Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht auf die erfindungsgemässe
Zug- und Druckstange in der Ausbildung eines Querlenkers
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2 zeigt
eine Seitenansicht auf den Querlenker gemäss 1
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3 zeigt
eine Draufsicht auf den Querlenker von 1
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4 stellt
einen Ausschnitt des in 1 dargestellten Querlenkers
dar, um den entsprechenden Profilquerschnitt des Körperelements,
das Teil des Querlenkers ist, aufzuzeigen
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5 stellt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen
Zug- und Druckstange dar, jedoch gegenüber den 1 bis 4 mit
einem anderen Querschnitt.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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In
den 1 bis 3 ist die erfindungsgemässe
Zug- und Druckstange 1 dargestellt. Diese Zug- und Druckstange 1 besteht
aus einem Körperelement 2 sowie an den freien
Enden des Körperelements 2 angeordneten Aufnahmeelementen 3.
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Die
Aufnahmeelemente 3 sind entsprechende Augen zur Aufnahme
von Lagern. Sie sind ringförmig ausgestaltet und an das
Körperelement jeweils unverlierbar angelenkt.
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Der
in 4 dargestellte Querschnitt des Körperelements 2 ist
andeutungsweise dreieckig (gestrichelte Linie 4), wobei
Radien R die jeweiligen Spitzen des Dreiecks 4 abgerundet
sind. Zusätzlich ist vorgesehen, die Schenkel des jeweiligen
Dreiecks nicht gerade auszubilden, sondern konkav mit einer entsprechenden
wie in 4 dargestellten Linie 5. Dadurch entsteht
ein Gebilde, das räumlich gesehen im Querschnitt nahezu
einem Kleeblatt gleicht. Der Schwerpunkt S ist mittig aufgrund der
symmetrischen Ausbildung angeordnet. Aufgrund dieser Ausgestaltung
ergeben sich von einem Längselement L wegerstreckende Arme
A, die in einem definierten Winkel zueinander angeordnet sind. Je
nach Belastungsart ist das Längselement L entsprechend
dimensioniert und die Radien zwischen den Armen A und dem Längselement
L entsprechend ausgewählt.
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Somit
besteht der Querschnitt aus nahezu einer dreieckigen Form. Dadurch
entstehen – gebildet durch die jeweiligen Arme A – anderen
freien Enden, aufgespannt durch das angedeutete Dreieck, Winkel mit
der Bezeichnung I, II, III. Der Winkel I des angedeuteten Dreiecks
ist derart angeordnet, dass er senkrecht zur Längserstreckung
des Aufnahmeelements 3 ausgebildet ist. Die Anordnung ist
in den jeweiligen 1 bis 4 dargestellt.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ausbildung des Körperelements 2 einer
Zug- und Druckstange 1. Der in 5 dargestellte
Querschnitt des Körperelements 2 ist andeutungsweise viereckig
(gestrichelte Linie 4'), wobei Radien R die jeweiligen
Spitzen des Vierecks 4' abgerundet sind. Zusätzlich
ist vorgesehen, die Schenkel des jeweiligen Vierecks nicht gerade
auszubilden, sondern konkav mit einer entsprechenden wie in 5 dargestellten
Linie 5. Dadurch entsteht ein Gebilde, das räumlich
gesehen im Querschnitt nahezu einem X gleicht. Der Schwerpunkt S
ist mittig aufgrund der symmetrischen Ausbildung angeordnet. Aufgrund dieser
Ausgestaltung ergeben sich von einem Längselement L wegerstreckende
Arme A, die in einem definierten Winkel zueinander angeordnet sind.
Je nach Belastungsart ist das Längselement L entsprechend
dimensioniert und die Radien zwischen den Armen A und dem Längselement
L entsprechend ausgewählt.
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Sinn
der Anordnung ist es, die gleiche Knickwahrscheinlichkeit des Körperelement 2 in
alle Richtungen vorzusehen. Zudem ist aufgrund der entsprechenden
Ausbildung des Querschnitts des Körperelements 2 eine
optimale Gewichtsverteilung und somit auch eine optimale Knicklastbiegung
vorgesehen.
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Die
jeweiligen Enden des Körperelements 2 laufen auf
die Aufnahmeelemente 3 auf, derart, das die Winkelbereiche
mit den entsprechenden Radien R zumindest zum Teil grösser
werden, sodass eine optimierte Kraftverteilung an dem Aufnahmeelement 3 erfolgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005008548
A1 [0004]
- - DE 102004055117 B3 [0006]