DE102011077336A1

DE102011077336A1 - Radaufhängungselement, umfassend zumindest eine Tragstruktur und einen Lenker

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Publication number: DE102011077336A1
Application number: DE102011077336A
Authority: DE
Inventors: Jens Heimann; Daniel Wolf; Thomas Eiffländer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-12-13
Also published as: CN102815177A; US8727362B2; US20120313339A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Radaufhängungselement für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Tragstruktur (1) für eine Achse des Kraftfahrzeugs und mindestens einen Lenker zur Führung mindestens eines gelenkig mittels des Lenkers an die Tragstruktur (1) anbindbaren Radträgers (2), welche Tragstruktur (1) zumindest teilweise in einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist. Das Radaufhängungselement zeichnet sich dadurch aus, dass der Lenker als elastischer Federlenker (3, 4) einstückig mit der Tragstruktur (1) aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radaufhängungselement für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Tragstruktur für eine Achse und mindestens einen Lenker zur Führung mindestens eines gelenkig mittels des Lenkers an die Tragstruktur anbindbaren Radträgers, welche Tragstruktur zumindest teilweise in einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist.
Die Automobilindustrie sucht verstärkt nach Möglichkeiten, Fahrzeugbauteile mit geringem Gewicht bei gleichzeitig günstigen Produktionskosten und verbesserter oder zumindest gleich guten Leistungseigenschaften zur Verfügung zu stellen.
Aus der DE 695 22 950 T3 ist eine Tragstruktur zur Anwendung bei Fahrzeugkarosserien bekannt. Diese Tragstruktur bildet einen Hilfsrahmen und kann in einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet sein, wobei sie lokal in ihrer Steifigkeit variiert. Zur Aufnahme von Bewegungen eines Radträgers ist zusätzlich ein separates, federndes Bauteil vorgesehen. Das federnde Bauteil muss in aufwändiger Weise mit dem Hilfsrahmen bzw. der Tragstruktur verbunden werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Radaufhängungselement dahingehend weiterzuentwickeln, dass das Radaufhängungselement im Vergleich mit dem vorbekannten Stand der Technik weniger komplex ausgestaltet, dabei entsprechend kostengünstiger herstellbar bzw. montierbar und leicht austauschbar ist.
Gelöst ist diese Aufgabe mittels eines Radaufhängungselementes gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 17. Hiermit wird der Wortlaut dieser Unteransprüche durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen, um unnötige Textwiederholungen zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Radaufhängungselement umfasst eine Tragstruktur für eine Achse des Kraftfahrzeugs und mindestens einen Lenker zur Führung mindestens eines gelenkig mittels des Lenkers an die Tragstruktur anbindbaren Radträgers. Die Tragstruktur ist zumindest teilweise in einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet. Das erfindungsgemäße Radaufhängungselement ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker als elastischer Federlenker einstückig mit der Tragstruktur aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Radaufhängungselement sieht demnach vor, dass der Lenker als ein elastischer Federlenker ausgebildet ist. Er dient dazu, den Radträger zu führen und bei einer Ein- und/oder Ausfederbewegung des Rades, was einer Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegung der Räder senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs entspricht, der vertikalen Verschiebungsbewegung der Räder durch Aufbringen einer Federkraft entgegenzuwirken. Weiterhin ist der Lenker einstückig mit der Tragstruktur ausgebildet, so, dass der Lenker in die Tragstruktur integriert ist. Der einstückige integrale Verbund von Tragstruktur und Lenker erleichtert die Herstellung, Wartung und Montage des Radaufhängungselementes, da durch die Integration von Tragstruktur und Lenker im Vergleich mit dem vorbekannten Stand der Technik insgesamt weniger Bauelemente erforderlich sind. Dies erleichtert den Einbau und die Montage der Radaufhängung ─ wie bereits ausgeführt ─ und führt zu geringeren Gesamtkosten für das Radaufhängungselement.
Weiterhin ist das Radaufhängungselement erfindungsgemäß zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet, welcher den Vorteil bietet, dass er ein gutes Verhältnis zwischen Festigkeit, Belastbarkeit und Gewicht aufweist. Somit kann bei gleicher Festigkeit bzw. Belastbarkeit auf schwere Bauteile verzichtet werden. Weiterhin bietet Faserverbundwerkstoff den Vorteil, dass die Beschaffenheit des Bauteils individuell bezüglich der an das Bauteil gestellten Ansprüche maßgeschneidert werden kann, beispielsweise durch die Auswahl der Werkstoffe und der Faserlagen bzw. Faseranzahl.
Vorzugsweise kann der Federlenker beidseitig symmetrisch bezüglich der Tragstruktur ausgebildet sein und dient entsprechend mit seinen freien distalen Enden zum Anbinden an unterschiedliche Radträger auf unterschiedlichen Seiten des Kraftfahrzeugs. In diesem Fall kann ein und derselbe Federlenker zwei Anbindungsseiten aufweisen, entsprechend den beiden Seiten eines Kraftfahrzeugs und den dort jeweils vorgesehenen Radträgern, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird.
Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Radaufhängungselement im Zuge einer ersten Weiterbildung derart ausgestaltet, dass an mindestens einer Anbindungsseite für den Radträger mindestens zwei Federlenker vorgesehen sind, welche Federlenker einstückig mit der Tragstruktur aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet sind. Die Anordnung mehrerer Lenker auf einer Anbindungsseite der Federlenker an den Radträger verbessert die Führungswirkung des Lenkers auf den Radträger. Weiterhin vergrößert sich durch die Anordnung mehrerer Lenker auf einer Anbindungsseite zusätzlich die einer Ein- und/oder Ausfederbewegung der Räder entgegenwirkende Kraft.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes sieht vor, dass der Federlenker am Anbindungsbereich an dem Radträger derart ausgebildet ist, dass er in einer Ein- und/oder Ausfederrichtung (z) nachgiebiger ist als in senkrecht hierzu stehenden Raumrichtungen (x, y). Der Federlenker variiert folglich in seiner Steifigkeit, abhängig von der Angriffsrichtung einer auf ihn einwirkenden Kraft. In Ein- oder Ausfederrichtung, was allgemein einer Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegung der Räder senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs entspricht, ist die Steifigkeit des Federlenkers am Anbindungsbereich an den Radträger folglich weniger stark ausgeprägt als in anderen Raumrichtungen. Die Steifigkeit des Federlenkers lässt sich insbesondere durch die Ausgestaltung seines Profilquerschnittes bzw. des Flächenträgheitsmomentes beeinflussen.
Im Zuge einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes ist der Federlenker im Übergangsbereich zu der Tragstruktur derart ausgebildet, dass der Federlenker in Ein- und/oder Ausfederrichtung (z) steifer ausgebildet ist als in einer horizontalen Richtung (x), vorzugsweise einer im Wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs stehenden Richtung. Im Übergangsbereich zu der Tragstruktur, welcher Übergangsbereich demjenigen Bereich entsprechen kann, der sich im Wesentlichen mittig zwischen den Anbindungsseiten eines beidseitig-symmetrischen Federlenkers befindet, wie weiter oben ausgeführt, ist der Federlenker demnach bezüglich der oben definierten Ein- bzw. Ausfederrichtung steifer ausgebildet, um die erforderliche Stabilität zu gewährleisten. Der Federlenker kann sich durch die vorstehend beschriebene Ausgestaltung im Bereich seines freien Endes bzw. seiner freien Enden, das heißt an den anbindungsseitig aufgrund der dortigen Nachgiebigkeit gut elastisch verformen, wohingegen er im Übergangsbereich zu der Tragstruktur weniger leicht verformbar ist und zur Stabilität der Gesamtanordnung beiträgt.
Wie der Fachmann erkennt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf Lenker bzw. Federlenker mit einer bestimmten Anzahl von freien Enden bzw. Anbindungsseiten beschränkt. Es liegt sowohl im Rahmen der vorliegenden Erfindung, ausgehend von der Tragstruktur genau einen Federlenker vorzusehen, der sich zu einer Anbindungsseite (für einen Radträger) hin erstreckt. Ebenso ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, ausgehend von der Tragstruktur auf einer Seite der Tragstruktur mehrere derartige Lenker vorzusehen und/oder den bzw. die Lenker derart auszubilden, dass sie sich an einer Seite der Tragstruktur bis auf die gegenüberliegende Seite der Tragstruktur erstrecken.
Vorteilhafterweise ist im Rahmen einer anderen Weiterbildung der Erfindung in einem Übergangsbereich des mindestens einen Federlenkers zur Tragstruktur ein vorzugsweise kontinuierlicher Wechsel des Aspektverhältnisses vorgesehen. Unter den Begriff „Aspektverhältnis“ wird vorliegend das Verhältnis aus der Tiefe bzw. Höhe einer Struktur ─ hier des Lenkers bzw. Federlenkers ─ zu ihrer (kleinsten) lateralen Ausdehnung verstanden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es daher noch vorgesehen sein, dass das vorstehend definierte Aspektverhältnis für den Lenker von seinem distalen Ende in Richtung der Tragstruktur, das heißt von außen nach innen vorzugsweise kontinuierlich zunimmt. Mit anderen Worten, die Ausdehnung des Lenkers in Richtung seiner Höhe nimmt relativ zur Lenkerbreite zu. Dabei erstreckt sich die Höhe des Lenkers vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Ein- bzw. Ausfederrichtung (z-Richtung), während die Lenkerbreite im Wesentlichen senkrecht dazu, das heißt etwa in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs (x-Richtung) bestimmt ist. Eine solche Änderung des Aspektverhältnisses passt die Steifigkeiten über das gesamte Radaufhängungselement individuell an die Belastungsbedingungen an. Die Steifigkeit des Radaufhängungselementes insbesondere im Bereich des Lenkers kann in diesem Zusammenhang durch die Ausgestaltung des Profilquerschnittes bzw. des Flächenträgheitsmomentes beeinflusst werden.
Durch die beschriebene Änderung des Aspektverhältnisses lässt sich vorteilhafterweise ein ─ von außen nach innen ─ in z-Richtung zunehmend steifes jedoch in x-Richtung zunehmend nachgiebiges Profil erzeugen, um auf diese Weise eine Längsnachgiebigkeit (Schrägfederung) der Fahrzeugachse zu gewährleisten. Speziell kann sich in diesem Zusammenhang das Verhältnis Höhe zu Breite gerade umkehren.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes sieht vor, dass die gemeinsam auf einer Anbindungsseite angeordneten Federlenker in Ein- und/oder Ausfederrichtung (z) und vorzugsweise zusätzlich horizontal, höchst vorzugsweise im Wesentlichen in Fahrtrichtung (x), versetzt angeordnet sind. Hierdurch lässt sich das erfindungsgemäße Radaufhängungselement individuell an die auftretenden Belastungen und zusätzlich optimal an den zur Verfügung stehenden Raum für die Radaufhängung anpassen.
Eine wieder andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Radaufhängungselements zeichnet sich durch ein zusätzliches, baulich von der Tragstruktur und dem Lenker verschiedenes Federelement aus, welches vorzugsweise nach Art einer Querblattfeder ausgebildet sein kann. Weiterhin kann dieses Federelement zwischen zwei sich auf einer gemeinsamen Anbindungsseite befindlichen Federlenkern angeordnet sein. Auf entsprechende Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Radaufhängungselements wurde weiter oben bereits detailliert hingewiesen. Das Federelement bzw. die Querblattfeder stellt je nach Anwendungsfall bzw. Fahrzeugtyp eine zusätzliche, angepasste Federwirkung bereit.
Vorteilhafterweise weist das erfindungsgemäße Radaufhängungselement in diesem Zusammenhang und bei entsprechender Weiterbildung mindestens eine Lagerstelle für das Federelement bzw. die Querblattfeder in einen Mittenbereich der Tragstruktur auf, welcher Mittenbereich mit dem bereits erwähnten Übergangsbereich zumindest teilweise zusammenfallen kann. Vorteilhafterweise definiert die Lagerstelle eine im Wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung stehende Drehachse für das Federelement bzw. die Querblattfeder.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes zeichnet sich dadurch aus, dass Federlenker und Tragstruktur mindestens eine durchgängige Faserlage und/oder einen gleichen Matrixwerkstoff aufweisen. Die Fasern können lokal unterschiedlich orientiert sein und unterschiedliche Lagenanzahlen aufweisen. Auch die Art der Fasern, wie beispielsweise deren Material, Dicke oder Länge, kann variieren. Hierdurch können lokal unterschiedliche Beschaffenheitsbedingungen erzielt werden.
Ohne Beschränkung können z. B. für die Herstellung des Radaufhängungselements unter Verwendung von Duroplasten nach dem Prepregverfahren ebene Zuschnitte als Abwicklung der verwendeten Profile bestehend aus vorimprägnierten Faserlagen ausgeschnitten bzw. ausgestanzt und gestapelt werden. Die Fasern können hierbei lokal unterschiedlich orientiert sein und eine unterschiedliche Anzahl an Lagen aufweisen.
Alternativ kann das RTM oder RIM(Resin Transfer/Injection Molding)-Verfahren angewendet werden, bei welchem Faserlagen ausgeschnitten und mit einem Bindepulver besprüht werden, so dass sie nach dem textilen Preforming der Struktur fixierend wirken. Zusätzlich kann die textile Preform vernäht oder vernadelt werden, um darüber hinaus eine fixierende Wirkung zu entfalten oder um die Faserstruktur zu beeinflussen. Im Anschluss daran wird der Faserformling in eine Form gelegt und imprägniert. Zum Imprägnieren wird ein- oder mehrseitiger Filmanguss verwendet, welcher sich vorzugsweise über die (gesamte) Breite des Bauteils erstreckt. Als Variante hierzu kann ein Punktanguss in der Mitte der Tragstruktur Anwendung finden, wobei im Übergangsbereich zu den Federlenkern ebenfalls Angusspunkte angeordnet sein können.
Im Falle von duroplastischen Matrixsystemen (SMC oder BMC) ist vorzugsweise die Verwendung von Halbzeugen vorgesehen, welche in das Werkzeug eingelegt und anschließend gepresst werden, so dass sie die entsprechende Bauteilkontur annehmen. Solche duroplastischen Matrixsysteme können mit Langfasern, wie Schnittglas, bis 2 Zoll verstärkt sein.
Bei thermoplastischen Matrixsystemen hingegen ist vorzugsweise die Verwendung langfaser- oder glasmattenverstärkter Thermoplaste vorgesehen. Glasmattenverstärkte Thermoplaste können mit langfaserverstärkten Thermoplasten oder textilverstärkten Thermoplasten kombiniert werden.
Eine besondere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes sieht vor, dass ein relativ steifer Mittenbereich zur Anbindung an einen Karosserieboden des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist und/oder dass wenigstens ein zusätzlich ausgeformter Karosserieträger zur äußeren Anbindung an einen Längsträger der Fahrzeugkarosserie ausgehend von dem Mittenbereich vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der Mittenbereich wenigstens teilweise mit dem vorgenannten Übergangsbereich zusammenfällt. Ein relativ zu dem Lenker steifer Mittenbereich erhöht die Stabilität der Verbindungsbereiche zur Karosserie, da sich der Mittenbereich aufgrund seiner Steifigkeit nicht nachhaltig verformt.
Vorteilhafterweise kann der zusätzlich ausgeformte Karosserieträger separat aus einem Faserverbund, als Strangpressprofil oder als Stahlprofil ausgebildet sein, insbesondere als baulich komplett separates Profilteil. Dies ermöglicht eine hohe Variabilität der Materialien und damit eine gute Anpassbarkeit an die Umgebungs- bzw. Belastungsbedingungen. Speziell die profilierte Ausbildung der Karosserieträger ermöglicht eine Gewichtersparnis und dadurch eine Reduzierung des Gesamtgewichtes des Radaufhängungselementes bzw. des Fahrzeugs insgesamt.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes umfasst wenigstens ein in den Federlenker integriertes Polymergelenk, z. B. ein Gummigelenk, insbesondere im distalen Endbereich des Federlenkers, zur drehelastischen Lagerung des Radträgers. Die Integration eines Polymergelenkes, welches beispielsweise in einem Elastomer, einem speziellen Kunststoff, Gummi oder dergleichen ausgebildet sein kann, in den Federlenker ermöglicht es, auf weiterführende Anbindungs- bzw. Lagerungsbauteile zu verzichten und damit die Fertigung und Montage noch weiter zu vereinfachen. Durch den Verzicht auf zusätzliche Bauelemente reduzieren sich die Kosten für das Radaufhängungselement, insbesondere diejenigen Kosten, welche bei der Montage anfallen.
Vorteilhafterweise ist bei entsprechender Weiterbildung mindestens ein Polymergelenk in der Querblattfeder, insbesondere im distalen Endbereich des Federelements bzw. der Querblattfeder, zur drehelastischen Lagerung des Radträgers integriert. Sowohl die Querblattfeder als auch der Lenker können hierzu in ihren jeweiligen distalen Endbereichen mit entsprechenden Lagerschuhen versehen und drehelastisch an dem Radträger gelagert sein. Das Polymergelenk kann beispielsweise als Gummi-Hülsenlager ausgebildet sein. Bei Integration derartiger Gelenke, insbesondere Gummi-Hülsengelenke, in die Tragstruktur bzw. die Lenkerenden besteht darüber hinaus sogar die Möglichkeit, auf die sonst regelmäßig vorhandene Metallhülse, welche nach dem Stand der Technik zum Einpressen der genannten Hülsengelenke dient, vollständig zu verzichten. Das Gummi, Elastomer oder dergleichen wird dann direkt in eine entsprechende Bohrung in der Tragstruktur oder am Lenkerende eingespritzt oder dort entsprechend einvulkanisiert. Im Zuge der weiter oben bereits angesprochenen thermoplastischen bzw. duroplastischen Fertigungsprozessen ist die synchrone Verarbeitung von Elastomer oder Gummi zur Herstellung der genannten Polymergelenke möglich.
Gemäß den vorstehenden Ausführungen sieht eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes vor, dass die Tragstruktur mindestens eine Ausnehmung aufweist, in welcher Ausnehmung das Polymergelenk angeordnet ist. Somit kann auf eine das Polymergelenk umgebende (Metall-)Hülse verzichtet werden, da das Polymer, Elastomer oder Gummi direkt in die genannte Ausnehmung eingespritzt oder einvulkanisiert werden kann.
Vorteilhafterweise ist die Tragstruktur mit Haltern, Befestigungselementen und/oder Inserts zur Aufnahme von Kabelführungen, Bremsschläuchen und/oder Hitzeabschirmblechen versehen. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Anordnung der zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen Radaufhängungselement vorzusehenden Elemente der vollständigen Radaufhängung.
Eine wieder andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes zeichnet sich dadurch aus, dass der Federlenker und die Tragstruktur in einem gemeinsamen Fertigungsschritt hergestellt sind. Dies ermöglicht eine entsprechende Vereinfachung des Fertigungsprozesses und reduziert damit die anfallenden Kosten für das Radaufhängungselement.
Weitere Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes ist in den Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:
1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes;
2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes;
3 zeigt einen Radträger, der für ein Zusammenwirken mit dem erfindungsgemäßen Radaufhängungselement gemäß 1 oder 2 ausgebildet ist; und
4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radaufhängungselements.
1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes für ein Kraftfahrzeug. Das dargestellte Radaufhängungselement umfasst eine Tragstruktur 1 und integrierte Federlenker 3, 4. Die Federlenker 3, 4 sind einstückig mit der Tragstruktur 1 verbunden bzw. ausgebildet, und die gesamte Anordnung ist in einem Kunststoff-Faserverbundwerkstoff gefertigt.
Die in 1 dargestellte Anordnung ist symmetrisch ausgebildet bezüglich einer Ebene, welche sich in einer z-Richtung des eingezeichneten Koordinatensystems erstreckt und die gestrichelt eingezeichnete Mittelachse M umfasst. Die Mittelachse M erstreckt sich parallel zur x-Achse des eingezeichneten Koordinatensystems. Entsprechend weisen die Federlenker 3, 4 jeweils ein Lenkerende 3a, 4a bzw. 3b, 4b auf jeder Seite der Mittellinie M auf. Diese Seiten sind in 1 zusätzlich mit Bezugszeichen a bzw. b versehen und in der vorliegenden Beschreibung auch als „Anbindungsseiten“ bezeichnet, weil hier jeweils ein Radträger des Kraftfahrzeugs angebunden bzw. anbindbar ist, worauf weiter unten anhand von 3 noch genauer eingegangen wird. Gemäß der Darstellung in 1 erstrecken sich die Federlenker 3, 4 sowie die Tragstruktur 1 im Wesentlichen in der x-y-Ebene der Darstellung, wobei die x-Richtung im Wesentlichen mit der Fahrtrichtung eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs, welches erfindungsgemäße Radträgerelement zum Einsatz kommt, zusammenfällt. Die z-Richtung steht senkrecht auf der genannten x-y-Ebene und fällt im Wesentlichen mit derjenigen Bewegungsrichtung zusammen in der ein an den Enden 3a, 3b, 4a, 4b der Federlenker angeordneter Radträger (siehe 3) eine Ein- bzw. Ausfederbewegung vollführen würde.
Zwischen den beiden Federlenkern 3, 4 befindet sich ein zusätzlich ausgeformter Träger 6, welcher in seinen freien Enden 6a, 6b beiderseits der Mittellinie M zu den Anbindungsseiten a, b hin erstreckt und dabei eine Erstreckungskomponente in z-Richtung aufweist. Der zusätzlich ausgeformte Träger 6 weist ein U-Profil auf. Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung den zusätzlich ausgeformten Träger 6 mit einer anderen Profilierung zu versehen. Mit seinen freien Enden 6a bzw. 6b erstreckt sich der Träger 6 bezüglich der Mittellinie M etwa genauso weit in +y- bzw. –y-Richtung wie die Federlenker 3, 4.
Wie vorstehend ausgeführt, handelt es sich bei dem Träger 6 vorzugsweise um ein von dem restlichen Radaufhängungselement separat hergestelltes Profil aus Faserverbund, um ein Strangpressprofil oder um ein Stahlprofil, welches separat ausgeführt und anschließend an dem Radaufhängungselement im Bereich der Tragstruktur 1 montiert wird. Es liegt jedoch grundsätzlich auch im Bereich der Erfindung, den Träger 6 gemeinsam mit der Tragstruktur 1 und den Federlenkern 3, 4 in einem gemeinsamen Fertigungsprozess und/oder in einem gemeinsamen oder ähnlichen Material herzustellen.
Die Federlenker 3, 4 erstrecken sich ─ wie bereits ausgeführt ─ im Wesentlichen in der x-y-Ebene und weisen dabei ausgehend von der Tragstruktur 1 einen zunächst leicht gekrümmten Verlauf auf. Dagegen erstreckt sich der Träger 6 mit seinen Enden 6a, 6b im Wesentlichen in der y-z-Ebene und weist entsprechend in dieser Ebene den in 1 gezeigten, leicht gekrümmten Verlauf auf. Das U-Profil des Trägers 6 ist gemäß der Darstellung in 1 nach unten, das heißt in Richtung der –z-Achse geöffnet.
Zwischen den Anbindungsseiten a, b im Bereich der Tragstruktur 1 ist in der Nähe der bereits erwähnten Mittellinie M ein so genannter Mittenbereich c definiert. In diesem Mittenbereich c umfasst das Radträgerelement Lagerstellen 5c für ein Federelement in Form einer Querblattfeder 5, welche Querblattfeder 5 analog zu den Lenkern 3, 4 und dem Träger 6 jeweils zwei freie Enden oder Anbindungsbereiche 5a, 5b aufweist, von den jeweils einer auf jeder Seite a, b der Mittellinie M angeordnet ist. Die Lagerstellen 5c, von denen in 1 aus darstellungstechnischer Sicht nur zwei auf der erkennbaren Vorderseite des Trägers 6 zu erkennen sind, definieren eine Dreh- bzw. Biegeachse für die Querblattfeder 5, welche Achse vorliegend in x-Richtung und damit im Wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung orientiert ist. Die genannten Achsen begünstigen bzw. ermöglichen eine Federbewegung der Querblattfeder 5 im Bereich ihrer freien Enden 5a, 5b im Wesentlichen in Richtung der z-Richtung.
2 zeigt eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Radträgerelements, welches funktional im Wesentlichen der Ausgestaltung in 1 entspricht. Dementsprechend bezeichnen gleiche Bezugszeichen in 1 und 2 jeweils gleiche bzw. gleich wirkende Elemente.
Es sei an dieser Stelle nur auf die wesentlichen Unterschiede zwischen den Radträgerelementen gemäß 1 und 2 näher eingegangen:
Gemäß der Darstellung in 2 weisen die Federlenker 3, 4 einen im Wesentlichen geradlinigen Verlauf in Richtung der y-Achse des eingezeichneten Koordinatensystems auf. Sie sind im Mittenbereich c an eine Tragstruktur 1 angeformt, die in etwa nach Art eines nach oben, das heißt in Richtung der +z-Achse offenen U-Profils ausgeführt ist. Im Inneren der Tragstruktur 1 bzw. des U-Profils verläuft die Querblattfeder 5 welche wiederum bei Bezugszeichen 5c federnd gelagert ist. Ein angeformter Träger 6 (vgl. 1) ist bei der Ausgestaltung gemäß 2 nicht vorhanden.
Speziell sind die sich nach oben in Richtung der +z-Richtung erstreckenden seitlichen Schenkel der Tragstruktur 1 seitlich parallel zur x-y-Ebene abgewinkelt, und an diese Abwinklungen sind die Federlenker 3, 4 angeformt, so dass sich in der Draufsicht auf das Radträgerelement gemäß 2 für die Tragstruktur 1 und die Federlenker 3, 4 ein in etwa H-förmiges Aussehen ergibt.
3 zeigt einen Radträger 2, welcher mit Hilfe insbesondere der in 1 und 2 dargestellten Radträgerelemente anbindbar ist. Der in 3 beispielhaft dargestellte Radträger 2 weist ─ ohne Beschränkung ─ einen integrierten Längslenker bzw. ein Schwert 2a auf, ohne dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch auch die Verwendung derartiger Radträger festgelegt wäre.
Bei den Bezugszeichen 3d, 4d und 5d gemäß 3 weist der Radträger 2 geeignete Lagerungseinrichtungen auf, an bzw. in denen das erfindungsgemäße Radträgerelement mit den entsprechenden freien Enden 3a, 3b, 4a, 4b der Federlenker 3, 4 bzw. den freien Enden 5a, 5b der Querblattfeder 5 drehelastisch gelagert bzw. lagerbar ist.
Die Lenkerenden 3a, 3b, 4a, 4b und die Querblattfederenden 5a, 5b sind mit entsprechend komplementären Lagerschuhen (nicht dargestellt) versehen und in den Punkten 3d, 4d, 5d vorzugsweise über Gummi-Hülsenlager (nicht dargestellt) drehelastisch an einem Radträger 2 gelagert.
Die Federlenker 3, 4 sind so profiliert und/oder bezüglich ihres Flächenträgheitsmoments derart ausgebildet, dass sie im Bereich ihrer Lenkerenden 3a, 3b, 4a, 4b in z-Richtung relativ stark nachgiebig sind. Ein elastisches Verformen der Lenkerenden 3a, 3b, 4a, 4b in z-Richtung wird somit zugelassen bzw. ist erwünscht.
Im Mittenbereich c ist die Tragstruktur 1 dagegen in z-Richtung steif ausgebildet. Sie verformt sich dort folglich im Wesentlichen nicht elastisch und gibt dem Mittenbereich c damit die erforderliche Stabilität. Der Mittenbereich c dient als Anbindungspunkt an einem nicht dargestellten Karosserieboden. Alternativ hierzu kann die Karosserie auch über die zusätzlich ausgeformten Träger 6 gemäß 1 mit der Tragstruktur 1 verbunden sein.
Die 4 illustriert eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radaufhängungselementes. Es wird lediglich auf die wesentlichen Unterschiede zu den 1 und 2 näher eingegangen; gleiche Bezugszeichen entsprechen einander.
Während die Federlenker 3, 4 in 1 und 2 im Wesentlichen gemeinsam in der x-y-Ebene angeordnet sind, sind die Federlenker 3, 4 in 4 in z-Richtung versetzt angeordnet.
Die Federlenker 3, 4 sind gemäß 4 derart ausgebildet, dass eine Längsnachgiebigkeit zwecks Schrägfederung der Federlenker in x-Richtung (Fahrtrichtung) ermöglicht wird. Zu diesem Zweck ändert sich das Aspektverhältnis, welches die Höhe des Federlenkers 3, 4 (in z-Richtung) auf seine Breite (in x-Richtung) bezieht, in Abhängigkeit von der y-Koordinate entlang des Federlenkers (kleines Aspektverhältnis im Anbindungsbereich a, b bzw. großes Aspektverhältnis im Mittenbereich c). Gemäß der Darstellung in 4 ändert sich das Aspektverhältnis ausgehend von den Anbindungsbereichen a, b in Richtung des Mittenbereichs c kontinuierlich, so dass sich im Bereich c und insbesondere in dem in 4 hervorgehobenen Zwischenbereich c’ eine ausgeprägte Längsnachgiebigkeit des Radträgerelements ergibt, welche die gewünschte Schrägfederwirkung ermöglicht.
Der gemäß 4 wiederum vorhandene Träger 6 ist U-förmig profiliert ausgebildet. Er kann vorzugsweise aus einem separaten Profil aus Faserverbund, als Strangpressprofil oder als Stahlprofil ausgebildet sein und an das restliche Radträgerelement im Bereich der Tragstruktur 1 montiert sein. Alternativ hierzu können auch Materialien, welche mittels Spritzguss oder Fließpressen gefertigt wurden, Anwendung finden.
Auch bei dem Radträgerelement gemäß 4 kann ─ vorzugsweise im Innern des U-Profilträgers 6 noch ein Federelement vorgesehen sein, beispielsweise nach Art einer Querblattfeder, wie weiter oben anhand der 1 und 2 bereits ausführlich erläutert.
Das Radträgerelement gemäß 4 wirkt analog zu den Radträgerelementen aus den 1 und 2 mit dem in 3 dargestellten Radträger 2 zusammen, so dass sich weitere diesbezügliche Ausführungen erübrigen.
Bezugszeichenliste

1: Tragstruktur
2: Radträger
3: Federlenker
3a: Federlenkerende
3b: Federlenkerende
3d: Lagereinrichtung
4: Federlenker
4a: Federlenkerende
4b: Federlenkerende
4d: Lagereinrichtung
5: Querblattfeder
5a: Querblattfederende
5b: Querblattfederende
5c: Lagerstelle
5d: Lagereinrichtung
6: Träger
6a: Trägerende
6b: Trägerende
a: Anbindungsseite
b: Anbindungsseite
c: Mittenbereich
x: Raumrichtung (Fahrtrichtung)
y: Raumrichtung
z: Raumrichtung (Ein-/Ausfederrichtung)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69522950 T3 [0003]

Claims

Radaufhängungselement für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Tragstruktur (1) für eine Achse und mindestens einen Lenker zur Führung mindestens eines gelenkig mittels des Lenkers an die Tragstruktur (1) anbindbaren Radträgers (2), welche Tragstruktur (1) zumindest teilweise in einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker als elastischer Federlenker (3, 4) und einstückig mit der Tragstruktur (1) aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist.
Radaufhängungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Anbindungsseite (a, b) für den Radträger (2) mindestens zwei Federlenker (3, 4) vorgesehen sind, welche Federlenker (3, 4) einstückig mit der Tragstruktur (1) aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet sind.
Radaufhängungselement nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federlenker (3, 4) in seinem Anbindungsbereich (3a, 3b, 4a, 4b) zur Anbindung an den Radträger (2) derart ausgebildet ist, dass er in einer Ein- und/oder Ausfederrichtung (z) nachgiebiger ist als in senkrecht hierzu stehenden Raumrichtungen (x, y).
Radaufhängungselement nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federlenker (3, 4) in einem Übergangsbereich (c) zu der Tragstruktur (1) derart ausgebildet ist, dass der Federlenker (3, 4) in Ein- und/oder Ausfederrichtung (z) steifer ausgebildet ist als in einer horizontalen Richtung (x), vorzugsweise einer im Wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs stehenden Richtung.
Radaufhängungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Übergangsbereich (c) des Federlenkers (3, 4) zur Tragstruktur (1) ein vorzugsweise kontinuierlicher Wechsel des Aspektverhältnisses des Federlenkers (3, 4) vorgesehen ist.
Radaufhängungselement nach zumindest Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsam auf einer Anbindungsseite (a, b) angeordneten Federlenker (3, 4) in Ein- und/oder Ausfederrichtung (z) und vorzugsweise zusätzlich horizontal, höchst vorzugsweise im Wesentlichen in Fahrtrichtung (x), versetzt angeordnet sind.
Radaufhängungselement nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet, durch ein zusätzliches, baulich von der Tragstruktur (1) und dem Lenker (3, 4) verschiedenes Federelement, vorzugsweise eine Querblattfeder (5), welches Federelement höchst vorzugsweise zwischen den zwei sich auf einer Anbindungsseite (a, b) befindlichen Federlenkern (3, 4) gemäß zumindest Anspruch 2 oder Anspruch 6 angeordnet ist.
Radaufhängungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lagerstelle (5c) für das Federelement (5) in einem Übergangsbereich (c) des Federlenkers (3, 4) zur Tragstruktur (1) vorgesehen ist.
Radaufhängungselement nach zumindest Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (5c) eine im Wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs stehende Drehachse für das Federelement (5) definiert.
Radaufhängungselement nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federlenker (3, 4) und die Tragstruktur (1) mindestens eine durchgängige Faserlage und/oder einen gleichen Matrixwerkstoff aufweisen.
Radaufhängungselement nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein relativ steifer Mittenbereich (c) zur Anbindung an einen Karosserieboden des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist und/oder dass wenigstens ein zusätzlich ausgeformter Karosserieträger (6) zur äußeren Anbindung an einen Längsträger der Fahrzeugkarosserie ausgehend von dem Mittenbereich (c) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der Mittenbereich wenigstens teilweise mit dem Übergangsbereich gemäß zumindest Anspruch 4 oder 5 zusammenfällt.
Radaufhängungselement nach zumindest Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Karosserieträger (6) separat in einem Faserverbundwerkstoff, als Strangpressprofil oder als Stahlprofil ausgebildet sind.
Radaufhängungselement nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Polymergelenk, vorzugsweise Gummigelenk, in den Federlenker (3, 4) integriert ist, vorzugsweise in einem distalen Endbereich oder Anbindungsbereich (3a, 3b, 4a, 4b) des Federlenkers (3, 4), zur drehelastischen Lagerung des Radträgers (2).
Radaufhängungselement nach zumindest Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur drehelastischen Lagerung des Radträgers (2) mindestens ein Polymergelenk, vorzugsweise Gummigelenk, in das Federelement (5) integriert ist, vorzugsweise in einem distalen Endbereich (5a, 5b) des Federelements.
Radaufhängungselement nach zumindest Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (1) mindestens eine Ausnehmung aufweist, in welcher Ausnehmung das Polymergelenk angeordnet ist.
Radaufhängungselement nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (1) Halter, Befestigungselemente und/oder Inserts zur Aufnahme von Kabelführungen, Bremsschläuchen und/oder Hitzeabschirmblechen aufweist.
Radaufhängungselement nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federlenker (3, 4) und die Tragstruktur (1) in einem gemeinsamen Fertigungsschritt hergestellt sind.