DE102012021433A1

DE102012021433A1 - Kraftfahrzeughinterachse

Info

Publication number: DE102012021433A1
Application number: DE201210021433
Authority: DE
Inventors: Ingo Winter; Christopher Walczak; Frederic Simon
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2014-04-30

Abstract

Eine Kraftfahrzeughinterachse umfasst zwei Längslenker (11) mit jeweils einem ersten Endabschnitt (13) und jeweils einem zweiten Endabschnitt (14), einen Querträger (12) und zwei Längslenkeraufnahmen (21). Die Längslenker (11) sind als Blattfedern aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet. Die Längslenker (11) sind mit dem ersten Endabschnitt (13) jeweils in einer Längslenkeraufnahme (21) eingespannt und mit dem zweiten Endabschnitt (14) an den Querträger (12) angeschlossen. Der erste Endabschnitt (13) eines Längslenkers (11) ist zur Einstellung des Fahrzeughöhenstands zwischen zwei Federunterlagen (31, 32, 33, 34) in der zugehörigen Längslenkeraufnahme (21) eingespannt. Hierdurch ergibt sich eine leichtgewichtige und kostengünstige Kraftfahrzeughinterachse, die einen großen Bauraum für die crashsichere Unterbringung großvolumiger Energiespeicher, wie Batterien, Gasdruckbehälter oder sonstiger Kraftstofftanks ermöglicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeughinterachse, umfassend zwei Längslenker mit jeweils einem ersten Endabschnitt und jeweils einem zweiten Endabschnitt, einen Querträger und zwei Längslenkeraufnahmen, wobei die Längslenker als Blattfedern aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sind und die Längslenker mit dem ersten Endabschnitt jeweils in einer Längslenkeraufnahme eingespannt sind und mit dem zweiten Endabschnitt an den Querträger angeschlossen sind.
Eine derartige Kraftfahrzeughinterachse wurde in der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2012 001 671.9 vom 28.02.2012 beschrieben.
Bei dieser verbindet der Querträger die Längslenker im Bereich der Radträger miteinander. Die Seitenkräfte werden hierbei allein über die Längslenker abgestützt, so dass der Raum zwischen den Längslenkern nicht beeinträchtigt wird. Dieser Raum kann zur Unterbringung eines Energiespeichers genutzt werden. Dies ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit alternativen Antrieben von Interessen, bei denen großvolumige Energiespeicher wie Elektrobatterien oder Gasbehälter am Fahrzeug angeordnet werden müssen. Aus Gründen der Crashsicherheit wird hierfür der Bereich unter den Rücksitzen bis zur hinteren Radachse bevorzugt. Da derartige Energiespeicher in der Regel ein sehr hohes Gewicht aufweisen, verlagert sich der Schwerpunkt des Fahrzeugs nach hinten.
Durch den Einsatz von Längslenkern aus faserverstärktem Kunststoff wird eine besonders leichtgewichtige Ausgestaltung der Hinterachse erzielt, wodurch einer Verschiebung des Fahrzeugsschwerpunkts nach hinten entgegengewirkt wird. Dies wirkt sich positiv auf das Fahrverhalten aus.
Unter ”faserverstärktem Kunststoff” werden vorliegend alle Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (FKV) verstanden. Lediglich beispielhaft seien hier kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK) und glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) genannt.
Die Anbindung des Querträgers am in Bezug auf die Vorwärtsfahrtrichtung hinteren Endabschnitt der Längslenker schafft einen großen Raum für die crashsichere Unterbringung eines großvolumigen Energiespeichers, welcher sich in dem Bereich zwischen den Längslenkern bis zum Querträger erstrecken kann.
Die aus DE 10 2012 001 671.9 bekannte Hinterachse eignet sich besonders für Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb sowie gasbetriebene Fahrzeuge, kann jedoch auch bei Fahrzeugen mit herkömmlichem Antrieb zum Einsatz kommen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Kraftfahrzeughinterachse in vorteilhafter Weise weiterzuentwickeln.
Mit Patentanspruch 1 wird hierzu eine Kraftfahrzeughinterachse vorgeschlagen, die im Folgenden umfasst: zwei Längslenker mit jeweils einem ersten Endabschnitt und jeweils einem zweiten Endabschnitt, einen Querträger und zwei Längslenkeraufnahmen. Dabei sind die Längslenker als Blattfedern aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet. Ferner sind die Längslenker mit dem ersten Endabschnitt jeweils in einer Längslenkeraufnahme eingespannt und mit dem zweiten Endabschnitt an den Querträger angeschlossen. Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeughinterachse zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Endabschnitt eines Längslenkers zur Einstellung des Fahrzeughöhenstands zwischen zwei Federunterlagen in der zugehörigen Längslenkeraufnahme eingespannt ist.
Hierdurch können Toleranzen, wie sie bei der Herstellung von Blattfedern aus faserverstärktem Kunststoff auftreten, auf einfache Art und Weise kompensiert werden. Würde man herkömmlich gefertigte Blattfedern unmittelbar als Längslenker in eine Radaufhängung einbauen, käme es in Bezug auf den Höhenstand der zugehörigen Kraftfahrzeuge zu einer zu starken Abweichung an der Hinterachse. Durch die Verwendung von auf die Längslenker abgestimmten Federunterlagen werden solche Abweichungen vermieden.
Nach der Fertigung eines Längslenkers aus faserverstärktem Kunststoff wird dieser vermessen und erhält entsprechend einer Lastgruppeneinteilung einen Satz Federunterlagen zugeordnet, welche den gewünschten Höhenstand gewährleisten.
Die Federunterlagen können hierbei gleich an dem ersten Endabschnitt befestigt werden. Es ist jedoch auch möglich, diese lose vorzusehen und bei erst der Montage des Längslenkers an der Längslenkeraufnahme einzubauen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Vorzugsweise sind die Federunterlagen ausgewählt aus: Platten mit konstanter Dicke und sich in ihrer Dicke keilförmig verjüngenden Platten. Hierdurch lässt sich die Höhenanpassung besonders einfach bewerkstelligen. Liegt der Längslenker im Mittelbereich des Toleranzfeldes, werden zwei Platten mit jeweils konstanter Dicke eingebaut. Andernfalls kommen keilförmige Platten zum Einsatz. Durch gegensätzliche Anordnung keilförmiger Platten kann der Austrittwinkel des Längslenkers an der Längslenkeraufnahme etwas erhöht oder vermindert werden, um den gewünschten Höhenstand der Hinterachse einzustellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Längslenkeraufnahme eine erste Schale mit einer ersten Anlagefläche und eine zweite Schale mit einer zweiten Anlagefläche auf. Dabei weisen die erste Anlagefläche und die zweite Anlagefläche zueinander. Der erste Endabschnitt eines Längslenkers ist unter Zwischenschaltung jeweils einer Federunterlage gegen die erste und zweite Anlagefläche in Fahrzeughochrichtung abgestützt. An der Längslenkeraufnahme ist eine Spanneinrichtung vorgesehen, über welche die erste Schale gegen die zweite Schale unter Einspannung des ersten Endanschnitts des Längslenkers verspannt ist. Hierdurch lässt sich ein Längslenker sehr einfach an einem Fahrzeugaufbau oder einem Hilfsrahmen befestigen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Längslenker jeweils zwei übereinander verlaufende Federschenkel mit jeweils einem Mittelabschnitt zwischen dem ersten und zweiten Endabschnitt auf, wobei die Längslenker an ihren Mittelabschnitten voneinander ungehindert einfederbar sind und die Federschenkel am ersten Endabschnitt zusammenlaufen und gemeinsam in der zugehörigen Längslenkeraufnahme eingespannt sind. Durch eine gezielte Abstimmung des Abstands zwischen den beiden Federschenkeln eines Längslenkers in Fahrzeughochrichtung sowie über die Formgebung derselben kann die wechselseitige Federrate des jeweiligen Längslenkers aus faserverstärktem Kunststoff gezielt abgestimmt werden. Durch die gemeinsame Einspannung der Federschenkel bleibt die Montage einfach. Die Enden der Federschenkel können dabei lose aufeinander aufliegen oder aber stoffschlüssig miteinander verbunden sein.
Weiterhin kann eine der Schalen einer Längslenkeraufnahme den ersten Endabschnitt des Längslenkers und die andere Schale der selben Längslenkeraufnahme U-förmig umgreifen. Dies gewährleistet eine besonders stabile und robuste Einspannung der Längslenker.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Endabschnitt an entgegengesetzten Seiten, nämlich mit einer Oberseite und mit einer Unterseite in Fahrzeughochrichtung an der zugehörigen Längslenkeraufnahme abgestützt. Dabei erstreckt sich der Kontaktbereich zwischen der Unterseite und der Längslenkeraufnahme weiter in Richtung des zweiten Endabschnitts als der Kontaktbereich zwischen der Oberseite und der Längslenkeraufnahme. Hierdurch wird zum einen die Federrate beim Einfedern weich gehalten. Zum anderen werden durch den nach hinten längeren Kontaktbereich zwischen der Unterseite und der Längslenkeraufnahme die Kräfte im unteren Anschlag, d. h. bei maximalem Ausfedern reduziert.
Die unterschiedliche Erstreckung der Kontaktbereiche kann unabhängig von den vorstehend erläuterten Federunterlagen vorgesehen werden, d. h. auch in solchen Fällen, in denen der erste Endabschnitt eines Längslenkers unmittelbar und ohne zusätzliche Federunterlagen zwischen den Anlageflächen einer Längslenkeraufnahme eingespannt wird.
Vorzugsweise werden die Kontaktbereiche jedoch durch die Federunterlagen bestimmt, wodurch im Hinblick auf die Fertigungstoleranzen von Blattfedern aus faserverstärktem Kunststoff die Abstimmbarkeit erleichtert wird. Die Federunterlage, gegen welche sich die Unterseite abstützt, erstreckt sich in diesem Fall weiter in Richtung des zweiten Endabschnitts, als die Federunterlage, gegen welche sich die Oberseite abstützt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind an dem ersten Endabschnitt ein oder mehrere Einleger in den faserverstärkten Kunststoff eingebettet. Ein an den ersten Endabschnitt in Richtung des zweiten Endabschnitts anschließender Bereich des Längslenkers ist hingegen einlegerfrei. Dabei entspricht die Faserdichte des faserverstärkten Kunststoffs am ersten Endabschnitt der Faserdichte im daran anschließenden einlegerfreien Bereich. Hierdurch lässt sich im Bereich der Längslenkerbefestigung, an der hohe Belastungen auftreten, bei durchgehendem Faserverlauf am Längslenker eine hohe Festigkeit in den Randbereichen erzielen. Durch die Einbettung von Einlegern kann zudem eine bessere Entkopplung der Federschenkel gewährleistet werden, so dass deren Mittelabschnitte ohne gegenseitige Beeinträchtigung frei einfedern können. Eine bloße Aufdickung des ersten Endabschnitts wäre bei durchgehendem Faserverlauf mit einer Verminderung des Faserdichte im Kunststoff und einer geringeren Festigkeit verbunden.
Die Einbettung eines oder mehrere Einleger kann unabhängig von den vorstehend erläuterten Federunterlagen vorgesehen werden, d. h. auch in solchen Fällen, in denen der erste Endabschnitt eines Längslenkers unmittelbar und ohne zusätzliche Federunterlagen zwischen den Anlageflächen einer Längslenkeraufnahme eingespannt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird je Federschenkel ein Einleger vorgesehen. Vorzugsweise sind die Einleger derart angeordnet, dass jeder Federschenkel im Bereich des ersten Endabschnitts durch einen Einleger in zwei faserverstärkte Abschnitte aus faserverstärktem Kunststoff aufgespalten ist, die zu dem jeweiligen Mittelabschnitt des Federschenkels zusammenlaufen, wobei der Faserverlauf aus dem Endabschnitt in den Mittelabschnitt fortgesetzt ist. An den Randbereichen des ersten Endabschnitts, welche sich gegen die Längslenkeraufnahme abstützen, entspricht der Faseranteil bezogen auf das Raumvolumen dem Faseranteil im Mittelabschnitt. Dies ermöglicht eine erheblich Festigkeitssteigerung am ersten Endabschnitt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem großvolumigen Energiespeicher sowie mit einer Hinterachse nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine räumliche Ansicht der Hinterachse im Hinblick auf deren Anbindung am Hinterwagen eines Kraftfahrzeugs;
3 eine räumliche Ansicht der Hinterachse in Konstruktionslage;
4 eine räumliche Ansicht der Hinterachse bei Kurvenfahrt mit gegenseitigem Einfedern;
5 eine Detailansicht der Anbindung eines Längslenkers an den Querträger,
6 eine Seitenansicht eines Längslenkers,
7 eine Detailansicht der Ankopplung eines Längslenkers am Fahrzeugaufbau,
8 eine Schnittansicht einer ersten Variante der Ankopplung des Längslenkers am Fahrzeugaufbau mit geraden Federunterlagen,
9 eine Schnittansicht der ersten Variante der Ankopplung des Längslenkers am Fahrzeugaufbau mit keilförmigen Federunterlagen,
10 eine Schnittansicht einer zweiten Variante der Ankopplung des Längslenkers am Fahrzeugaufbau, und in
11 eine Schnittansicht einer dritten Variante der Ankopplung des Längslenkers am Fahrzeugaufbau.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Personenkraftfahrzeugs 1, bei dem ein großvolumiger Energiespeicher 2 im Bereich vor der hinteren Radachse A angeordnet ist. Der Energiespeicher 2 ist beispielsweise eine Elektrobatterie oder ein Druckbehälter für Gas. Prinzipiell kann der Energiespeicher 2 jedoch auch ein herkömmlicher Kraftstofftank sein.
Zur Bereitstellung eines großen Unterbringungsraums für den Energiespeicher 2 ist eine platzsparende Hinterachse 10 mit konstruktiv einfachem Aufbau vorgesehen, welche aufgrund ihres geringen Gesamtgewichts einer Verlagerung des Fahrzeugsschwerpunkts nach hinten, das heißt entgegen der Vorwärtsfahrtrichtung V, entgegenwirkt.
Die in den 2 bis 4 näher dargestellte Hinterachse 10 weist zwei Längslenker 11 sowie einen diese verbindenden Querträger 12 auf. Jeder der Längslenker 10 ist mit einem ersten Endabschnitt 13 an einen Fahrzeugaufbau 3, gegebenenfalls auch an einen Hilfsrahmen desselben, angekoppelt, und mit einem zweiten Endabschnitt 14 drehsteif mit dem Querträger 12 verbunden. Diese Konfiguration erinnert in Bezug auf die Anordnung von Längslenkern und Querträger an eine Torsionskurbelachse. Jedoch unterscheidet sich die erfindungsgemäße Hinterachse 10 grundlegend von einer solchen.
Erfindungsgemäß weist jeder der Längslenker 11 zwei übereinander verlaufende Federschenkel 15 und 16 auf. Beide Federschenkel 15 und 16 erstrecken sich überwiegend in Fahrzeuglängsrichtung. Sie sind zumindest in einem Mittelabschnitt 17 bzw. 18 zwischen dem ersten und zweiten Endabschnitt 13 und 14 untereinander unverbunden und in Fahrzeughochrichtung voneinander beabstandet, so dass diese ungehindert voneinander einfedern können. Hierdurch wird je Längslenker 11 eine Doppelblattfeder gebildet. Über den Abstand zwischen den beiden Federschenkeln 15 und 16 sowie durch die Formgebung der beiden Federschenkel 15 und 16 kann die Federrate der Hinterachse 10 beim gleichzeitigen und wechselseitigen Einfedern abgestimmt werden.
3 zeigt die beiden Längslenker 11 der Hinterachse 10 in Konstruktionslage, in der diese durch das Fahrzeuggewicht gegenüber einem unbelasteten Zustand elastisch verformt sind. Bei einer Kurvenfahrt kommt es zu einem wechselseitigen Einfedern der Fahrzeugräder 5. Das kurvenaußenseitige Rad federt dabei ein, während das kurveninnenseitige Rad ausfedert. Ein solches wechselseitiges Einfedern ist in 4 dargestellt. Hierbei kommt es zu einer elastischen Biegeverformung der Längslenker 11 und der Federschenkel 15 und 16 um eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Biegeachse. Der Querträger 12 besitzt demgegenüber eine deutlich größere Torsions- und Biegesteifigkeit und kann dementsprechend als torsions- und biegesteif bezeichnet werden. Die Seitenkraftabstützung erfolgt vorzugsweise allein über die Längslenker 11, die aufbauseitig fest eingespannt und ihrerseits in Fahrzeugquerrichtung biegesteif sind.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind beiden Federschenkel 15 und 16 eines Längsträgers 10 jeweils streifenförmig ausgebildet. Vorzugsweise weisen die Federschenkel 15 und 16 jeweils ein in etwa rechteckiges Querschnittsprofil auf. Im Bereich der Anbindung an den Querträger 12 kann eine Verbreiterung des Querschnitts vorgenommen sein. Jedoch sind auch hiervon abweichende Formgebungen möglich, solange zwei grob parallel zueinander verlaufende, in Vertikalrichtung beabstandete Federelemente gebildet werden, die in Fahrzeugquerrichtung biegesteif und um eine Achse in Fahrzeugquerrichtung biegeweich sind.
Die Längslenker 11 sind aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise CFK oder GFK gefertigt, wodurch sich bei hoher Festigkeit eine schlanke Ausführung und ein geringes Gewicht verwirklichen lassen.
Wie den 2 bis 6 weiter entnommen werden kann, sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Federschenkel 15 und 16 eines Längslenkers 11 durch einen Bogenabschnitt 19, welcher den Querträger 12 umgreift, integral miteinander verbunden. Der Bogenabschnitt 19 geht an seinen beiden Enden unmittelbar in jeweils einen der beiden Federschenkel 15 und 16 über, so dass sich die Form eines liegenden ”U”s ergibt, dessen Flanken sich zum freien Ende hin wieder annähern. Der Faserverlauf F im Längsträger 11 folgt dabei der Längsrichtung der Federschenkel 15 und 16 und setzt sich entlang des Bogenabschnitts 19 fort. Im Bereich des Bogenabschnitts 19 folgt somit der Faserverlauf der Bogenform (vgl. 6). Aufgrund des durchgängigen Faserverlaufs F wird eine besonders hohe Bauteilfestigkeit und Tragfähigkeit des Längslenkers 11 erzielt.
Zur stabilen, drehsteifen Anbindung der Längslenker 11 an den Querträger 12 weist Letzterer im Anbindungsbereich einen unrunden Profilquerschnitt auf, wodurch sich mit dem angeschmiegten Bogenabschnitt 19 des Längsträgers 11 ein Formschluss ergibt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Querträger 12 ein Vierkantprofil mit abgerundeten Ecken auf, an dessen Außenform der Bogenabschnitt 19 angepasst ist. Anstelle eines Vierkantprofils können jedoch auch andere Profilformen, insbesondere Polygonprofile, vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich, einen Kreisquerschnitt vorzusehen, sofern eine drehfeste Verbindung anderweitig gewährleistet wird. Ferner ist es möglich, die Längslenker 11 einstückig mit dem Querträger 12 auszuführen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist je Längslenker 11 ein Klemmstück 20 zwischen dessen Federschenkel 15 und 16 eingesetzt. Dieses Klemmstück 20 ist der Außenkontur des Querträgers 12 angepasst und verstärkt den Formschluss der Längslenkeranbindung. Durch das Klemmstück 20 wird der Befestigungsbereich des Längslenkers 11 von den federnden Mittelabschnitten 17 und 18 zwischen den Endabschnitten 13 und 14 weitgehend entkoppelt, wodurch eine besonders stabile und dauerhaltbare Anbindung der Längslenker 11 am Querträger 12 sichergestellt wird.
Im Übrigen ist der Querträger 12 rohrförmig ausgebildet, wobei im Bereich zwischen den Anbindungsstellen der Längslenker 11 vorzugsweise ein Kreisquerschnitt vorgesehen ist. Zur Verminderung des Gesamtgewichts der Hinterachse 10 besteht der Querträger 12 aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise CFK oder GFK. In einer bevorzugten Ausgestaltung schließen die Fasern des faserverstärkten Kunststoffs mit in Längsrichtung verlaufenden Mantellinien des Querträgers 12 einen Wickelwinkel α im Bereich von 5 bis 40° ein. Es ist jedoch auch möglich, den Querträger 12 aus Leichtmetall zu fertigen.
Die beiden Federschenkel 15 und 16 eines jeden Längslenkers 11 sind ferner an dem ersten Endabschnitt 13 des Längslenkers 11 zusammengeführt. Grundsätzlich ist es dabei möglich, unverbundene, freie Federschenkelenden gemeinsam mit dem Fahrzeugaufbau 3 zu verspannen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind jedoch, wie in 6 gezeigt, die Enden der Federschenkel 15 und 16 stoffschlüssig miteinander verbunden, so dass der Längslenker 11, wie in 6 dargestellt, eine geschlossene Schlaufe aus faserverstärktem Kunststoff bildet. Der Längslenker 11 stellt somit bei der Montage ein einfach zu handhabendes einstöckiges Bauteil dar.
Zur Befestigung der Längslenker 11 am Fahrzeugaufbau 3 dienen Längslenkeraufnahmen 21, die ihrerseits mit dem Fahrzeugaufbau 3, in 7 beispielhaft mit einem Längsträger 4 des Fahrzeugaufbaus 3, verschraubt oder in sonstiger Weise an diesem befestigt ist.
Die Längslenkeraufnahmen 21 sind vorliegend zweischalig ausgeführt und weisen eine erste Schale 22 mit einer ersten Anlagefläche 23 und eine zweite Schale 24 mit einer zweiten Anlagefläche 25 auf. Beide Anlageflächen 23 und 25 weisen zueinander und nehmen den ersten Endabschnitt 13 eines Längslenkers 11 zwischen einander auf, um dessen Unterseite 26 und Oberseite 27 in Fahrzeughochrichtung abzustützen. Dabei umgreift eine der Schalen, vorliegend die erste Schale 22 den ersten Endabschnitt 13 des Längslenkers 11 und die andere Schale, d. h. hier die zweite Schale 24 von unten und in etwa U-förmig.
An der Längslenkeraufnahme 21 ist eine weiterhin eine Spanneinrichtung 28 vorgesehen, über die die erste Schale 22 gegen die zweite Schale 24 verspannt ist. Gleichzeitig wird hierdurch der erste Endabschnitt 13 des Längslenkers 11 zwischen den Anlageflächen 23 und 25 eingespannt.
Hierdurch wird eine robuste und stabile Einspannung geschaffen, welche es gestattet, Momente um eine Fahrzeughochachse, um eine Fahrzeugquerachse sowie um die Längsachse des jeweiligen Längslenkers 11 abzustützen.
Die Spanneinrichtung 28 kann beispielsweise ein Befestigungsbolzen 29 sein, der von unten durch die erste Schale 22 und den ersten Endabschnitt 13 des Längslenkers 11 gesteckt und mit der zweiten Schale 24 oder, wie beispielsweise in 10 gezeigt, mit einer Mutter 30 verschraubt wird. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels können auch zwei Befestigungsbolzen 29 vorgesehen werden. Gegebenenfalls kann in den ersten Endabschnitt 13 für jeden Befestigungsbolzen 28 eine Durchsteckhülse einlaminiert sein, um ein Verquetschen des ersten Endabschnitts 13 beim Spannen zu vermeiden.
8 und 9 zeigen eine erste Variante der Einspannung des ersten Endabschnitts 13. Dabei sind zwischen dem ersten Endabschnitt 13 und der Längslenkeraufnahme 21 zwei Federunterlagen 31 und 32 mit eingespannt. Über diese Federunterlagen 31 und 32 ist die Einstellung des Fahrzeughöhenstands vorgenommen.
Die Federunterlagen 31 und 32 sind als Platten ausgebildet, die jeweils zwischen der ersten Anlagefläche 23 der Längslenkeraufnahme 21 und der Unterseite 26 des ersten Endabschnitts 13 des Längslenkers 11 und der zweiten Anlagefläche 25 der Längslenkeraufnahme 21 und der Oberseite 27 des ersten Endabschnitts 13 des Längslenkers 11 angeordnet sind.
Diese Platten werden in unterschiedlichen Abmessungen und Formen abgestimmt auf das Einfederungsverhalten der Längslenker 11 vorgehalten. Nach der Fertigung eines Längslenkers 11 aus faserverstärktem Kunststoff wird dieser vermessen und erhält entsprechend einer Lastgruppeneinteilung einen Satz Federunterlagen 31 und 32 zugeordnet, welche den gewünschten Höhenstand gewährleisten. Hierdurch können Fertigungstoleranzen, die bei der Herstellung von Blattfedern aus faserverstärktem Kunststoff auftreten, auf einfache Art und Weise kompensiert werden.
Die Federunterlagen 31 und 32 werden vorzugsweise gleich am ersten Endabschnitt 13 befestigt. Es ist jedoch auch möglich, diese zunächst lose zuzuordnen und erst bei der Montage des Längslenkers 11 an der Längslenkeraufnahme 21 einzubauen.
Grundsätzlich kann eine Abstimmung allein über unterschiedlich dicke Platten realisiert werden. Vorzugsweise kommen jedoch insbesondere zum Ausgleich größerer Abweichungen keilförmig verjüngte Platten zum Einsatz, wie dies in 9 anhand der Federunterlagen 33 und 34 gezeigt ist. Diese sind entgegengesetzt eingebaut, so dass sich der Austrittswinkel des Längslenkers 11 aus der Längslenkeraufnahme 21 im Vergleich zu einem Längslenker 11 in der Mitte des Toleranzfeldes gemäß 8 geringfügig ändert. Aufgrund der Länge des Längslenkers 11 ermöglicht eine solche Winkeländerung den Ausgleich einer größeren Abweichung von der Mitte des Toleranzfeldes, als dies allein durch unterschiedliche Plattendicken möglich wäre. Durch die Anordnung in 9 wird eine Abweichung nach einer Seite des Toleranzfeldes kompensiert. Durch umgekehrten Einbau der Federunterlagen 33 und 34 kann eine Abweichung in die umgekehrte Richtung, d. h. zur anderen Seite des Toleranzfeldes kompensiert werden.
Durch die Auswahl der Federunterlagen 31 und 32 sowie 33 und 34 aus Platten mit konstanter Dicke und sich in ihrer Dicke keilförmig verjüngenden Platten lassen sich Längslenker 11 aus faserverstärktem Kunststoff mit relativ großen Abweichungen in Bezug auf die statische Einfederung verwenden, wodurch die Herstellungskosten für die beschriebene Hinterachse 10 erheblich reduziert werden.
10 zeigt eine zweite Variante der Einspannung des ersten Endabschnitts 13 des Längslenkers 11 in einer Längslenkeraufnahme 21. Letztere kann wie im Zusammenhang mit 7 erläutert ausgebildet sein. Insbesondere weist die Längslenkeraufnahme 21 eine erste Anlagefläche 23 und eine zu dieser weisende zweite Anlagefläche 25 auf. Die Anlageflächen 23 und 25 nehmen den ersten Endabschnitt 13 des Längslenkers 11 zwischen einander auf, um dessen Unterseite 26 und Oberseite 27 in Fahrzeughochrichtung abzustützen.
Dabei erstreckt sich der Kontaktbereich zwischen der Unterseite 26 und der Längslenkeraufnahme 21 weiter in Richtung des zweiten Endabschnitts 14 als der Kontaktbereich zwischen der Oberseite 27 und der Längslenkeraufnahme 21. Dadurch bleibt die Federrate des Längslenkers 11 beim Einfedern weich. Ferner wird durch den zum zweiten Endabschnitt 14 hin längeren Kontaktbereich zwischen der Unterseite 26 und der Längslenkeraufnahme 21 die Kraft im unteren Anschlag der Hinterachse 10, d. h. bei maximalem Ausfedern reduziert. Ein solcher unterer Anschlag wird zu Begrenzung des Federwegs wegen der Dimensionierung von flexiblen Verbindungen wie Bremsschläuchen, Bremsseilen, Kabeln und dergleichen benötigt. Der verlängerte Kontaktbereich führt beim maximalen Ausfedern zu einer höheren Federsteifigkeit und reduziert so die maximale Anschlagkraft.
Die Kontaktbereiche können unmittelbar durch die Anlageflächen 23 und 25 bestimmt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind jedoch wieder Federunterlagen 35 und 36 zwischen diesen und dem ersten Endabschnitt 13 des Längslenkers 11 eingegliedert. Über diese Federunterlagen 35 und 36 lässt sich die Länge der Kontaktbereiche sehr flexibel einstellen und damit das Federungsverhalten je nach Bedarf beeinflussen.
Die Federunterlagen 35 und 36 in 10 können ferner in ihrer Dicke wie im Zusammenhang mit der ersten Variante anhand von 8 und 9 beschrieben in ihrer Dicke modifiziert werden, um einen gewünschten Höhenstand am Fahrzeug einzustellen.
11 zeigt eine dritte Variante der Einspannung des ersten Endabschnitts 13 des Längslenkers 11 in einer Längslenkeraufnahme 21, welche sich von den vorstehenden Varianten durch die Ausgestaltung des ersten Endabschnitts 13 unterscheidet.
In diesem Fall sind an dem ersten Endabschnitt 13 ein oder mehrere Einleger 37 in den faserverstärkten Kunststoff eingebettet, wobei 11 lediglich beispielhaft eine Ausführungsform mit zwei Einlegern 37 zeigt.
Die an den ersten Endabschnitt 13 anschließenden Mittelabschnitte 17 und 18 des untenliegenden Federschenkels 15 und des obenliegenden Federschenkels 16 sind einlegerfrei. Die Einleger 37 gestatten die Beibehaltung einer gleichbleibenden Faserdichte im faserverstärkten Kunststoffmaterial beim Übergang vom Mittelabschnitt 17 bzw. 18 in den ersten Endabschnitt 13. Wie 11 zeigt, ist der Faserverlauf F aus dem ersten Endabschnitt 13 in den Mittelabschnitt 17 bzw. 18 fortgesetzt. Insbesondere im Randbereich wird ein gleichmäßiger Faserverlauf erzielt. Dies ist für die Bauteilfestigkeit von Vorteil.
Die Einleger 37 können aus Metall oder ebenfalls aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt sein. Ihre Einbettung erfolgt durch Einlegen, Einkleben oder Einlaminieren.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist je Federschenkel 15 bzw. 16 ein Einleger 37 vorgesehen. Insbesondere ist jeder Federschenkel 15 und 16 im Bereich des ersten Endabschnitts 13 durch je einen Einleger 37 in zwei faserverstärkte Abschnitte aus faserverstärktem Kunststoff aufgespalten. Diese zwei faserverstärkten Abschnitte je Federschenkel 15 bzw. 16 laufen zu dem jeweiligen Mittelabschnitt 17 bzw. 18 des zugehörigen Federschenkels 15 bzw. 16 zusammen. Dabei setzt sich der Faserverlauf F aus dem ersten Endabschnitt 13, d. h. hier den zwei faserverstärkte Abschnitten in den jeweils zugehörigen Mittelabschnitt 17 bzw. 18 fort. Durch die beiden Einleger 37 ist eine Beabstandung der Mittelabschnitte 17 und 18 in Fahrzeughochrichtung bis nahe an die Einspannung des Längslenkers 11 oder sogar bis in die Längslenkeraufnahme 21 hinein möglich, so dass eine große wirksame Federlänge zwischen dem ersten und zweiten Endabschnitt 13 und 14 erzielt wird, über die die blattfederartigen Mittelabschnitt 17 und 18 ohne Kontakt zueinander einfedern können.
Diese Ausgestaltung des ersten Endabschnitts 13 gemäß 11 kann unabhängig von der Einstellung des Höhenstands über Federunterlagen 38 und 39 gemäß den 8 und 9 und unabhängig von der Länge der Kontaktflächen gemäß 10 vorgesehen werden. Es ist jedoch möglich, diese dritte Variante mit einer oder beiden der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Variante zu kombinieren.
In allen Fällen können an den seitlich über die Längslenker 11 hinausragenden Enden des Querträgers 12 zwei Radträger 40 vorgesehen werden. Zur weiteren Gewichtseinsparung können auch die Radträger 40 aus Kunststoff gefertigt sein. Sie sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel am Querträger 12 befestigt. Es ist jedoch auch möglich, die Radträger 40 und den Querträger 12 als einstückiges Integralbauteil zu fertigen. Ferner ist es möglich, die Radträger 40 nicht am Querträger 12, sondern an den Längslenkern 11 zu befestigen. Zur Aufnahme eines Radlagers ist an dem Radträger 40 ein Achszapfen 41 vorgesehen. Dieser ist vorzugsweise aus Metall gefertigt und in das Kunststoffmaterial des Radträgers 40 eingebettet. Insbesondere können die Radträger 40 als Spritzgussteile hergestellt sein.
Wie bereits erläutert, können die Längslenker 11 die Funktion herkömmlicher Aufbaufedern übernehmen, d. h. die Hinterachse 10 sowie die Fahrzeugräder 5 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 3 in Fahrzeughochrichtung elastisch abstützen. Ferner greift je Fahrzeugrad 5 ein Schwingungsdämpfer 42 an der Hinterachse 10 an. Der Schwingungsdämpfer 42 ist dabei mit seinem oberen Ende in Vorwärtsfahrtrichtung V geneigt und zur Fahrzeughochrichtung mit einem Winkel im Bereich von 5° bis 30° angestellt. Desweiteren kann das obere Ende zusätzlich in Richtung Fahrzeuglängsmittelachse geneigt sein, wobei geeignete Winkel im Bereich von 0° bis 15° liegen. Radseitig ist der Schwingungsdämpfer 42 in Vorwärtsfahrtrichtung V vor sowie in Fahrzeughochrichtung unterhalb der Radmitte am Radträger 40 angekoppelt. Wie 2 entnommen werden kann, liegt das untere Ende des Schwingungsdämpfers 42 über dem hinteren zweiten Endabschnitt 14 des Längslenkers 11. Der Freiraum zwischen den Längslenkern 11 wird somit durch die Schwingungsdämpfer 42 nicht oder allenfalls geringfügig beeinträchtigt. Dieser Freiraum ermöglicht die Unterbringung eines großvolumigen Energiespeichers 2, der sich bis zum Querträger 12 erstrecken kann.
Hierfür ist es weiterhin von Vorteil, dass der Querträger 12 in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet im Bereich der hinteren Radachse A verläuft. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das Profil des Mittelbereichs des Querträgers 12 zwischen den Längslenkern 11 unterhalb und überwiegend hinter der Radachse A. Es ist möglich, diesen Mittelbereich sowie gegebenenfalls auch den gesamten Querträger 12 gänzlich hinter der Radachse A anzuordnen.
In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels kann der Schwingungsdämpfer 42 auch als Federbein ausgeführt werden. Ferner ist es möglich, zusätzlich zu den federnden Längslenkern 11 zwischen der Hinterachse 10 und dem Fahrzeugaufbau 3 zusätzliche Aufbaufedern einzugliedern.
In sämtlichen Fällen ergibt sich eine leichtgewichtige und kostengünstige Kraftfahrzeughinterachse, die einen großen Bauraum für die crashsichere Unterbringung großvolumiger Energiespeicher, wie Batterien, Gasdruckbehälter oder sonstiger Kraftstofftanks ermöglicht.
Insbesondere ermöglicht die Erfindung eine stabile und robuste aufbauseitige Abstützung der Längslenker.
Über Federunterlagen können Längslenker aus faserverstärktem Kunststoff mit einem breiten. Toleranzfeld bei gleichzeitiger Einhaltung eines eng definierten Fahrzeughöhenstands eingesetzt werden.
Ferner kann über die Kontaktbereiche am ersten Endabschnitt der Längslenker das Einfederungsverhalten verbessert werden.
Durch Verwendung von Einlegern am eingespannten Bereich des Längslenkers wird eine Steigerung der Bauteilfestigkeit erzielt.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer Varianten und Abwandlungen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Vielmehr können einzelne Merkmale, wie sie vorstehend erläutert wurden, auch dann miteinander kombiniert werden, wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich. Die Erfindung umfasst insbesondere alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Personenkraftfahrzeug
2: Energiespeicher
3: Fahrzeugaufbau
4: Längsträger
5: Rad
10: Hinterachse
11: Längslenker
12: Querträger
13: erster Endabschnitt
14: zweiter Endabschnitt
15: Federschenkel
16: Federschenkel
17: Mittelabschnitt
18: Mittelabschnitt
19: Bogenabschnitt
20: Klemmstück
21: Längslenkeraufnahme
22: erste Schale
23: erste Anlagefläche
24: zweite Schale
25: zweite Anlagefläche
26: Unterseite
27: Oberseite
28: Spanneinrichtung
29: Befestigungsbolzen
30: Mutter
31: Federunterlage
32: Federunterlage
33: Federunterlage
34: Federunterlage
35: Federunterlage
36: Federunterlage
37: Einleger
38: Federunterlage
39: Federunterlage
40: Radträger
41: Achszapfen
42: Schwingungsdämpfer
A: Radachse
F: Faserverlauf
V: Vorwärtsfahrtrichtung
α: Wickelwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012001671 [0002, 0007]

Claims

Kraftfahrzeughinterachse, umfassend: zwei Längslenker (11) mit jeweils einem ersten Endabschnitt (13) und jeweils einem zweiten Endabschnitt (14), einen Querträger (12), und zwei Längslenkeraufnahmen (21), wobei die Längslenker (11) als Blattfedern aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sind, die Längslenker (11) mit dem ersten Endabschnitt (13) jeweils in einer Längslenkeraufnahme (21) eingespannt sind und mit dem zweiten Endabschnitt (14) an den Querträger (12) angeschlossen sind, und der erste Endabschnitt (13) eines Längslenkers (11) zur Einstellung des Fahrzeughöhenstands zwischen zwei Federunterlagen (31, 32, 33, 34) in der zugehörigen Längslenkeraufnahme (21) eingespannt ist.
Kraftfahrzeughinterachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federunterlagen (31, 32, 33, 34) ausgewählt sind aus: Platten mit konstanter Dicke und sich in ihrer Dicke keilförmig verjüngenden Platten.
Kraftfahrzeughinterachse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längslenkeraufnahme (21) eine erste Schale (22) mit einer ersten Anlagefläche (23) und eine zweite Schale (24) mit einer zweiten Anlagefläche (25) aufweist, wobei die erste Anlagefläche (23) und die zweite Anlagefläche (25) zueinander weisen, der erste Endabschnitt (13) eines Längslenkers (11) unter Zwischenschaltung jeweils einer Federunterlage (31, 32, 33, 34) gegen die erste und zweite Anlagefläche (23, 25) in Fahrzeughochrichtung abgestützt ist, und an der Längslenkeraufnahme (21) eine Spanneinrichtung (28) vorgesehen ist, über welche die erste Schale (22) gegen die zweite Schale (24) unter Einspannung des ersten Endabschnitts (13) des Längslenkers (11) verspannt ist.
Kraftfahrzeughinterachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längslenker (11) jeweils zwei übereinander verlaufende Federschenkel (15, 16) mit jeweils einem Mittelabschnitt (17, 18) zwischen dem ersten und zweiten Endabschnitt (13, 14) aufweisen, die Federschenkel (15, 16) an ihren Mittelabschnitten (17, 18) voneinander ungehindert einfederbar sind, und die Federschenkel (15, 16) am ersten Endabschnitt (13) zusammenlaufen und gemeinsam in der zugehörigen Längslenkeraufnahme (21) eingespannt sind.
Kraftfahrzeughinterachse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Schalen (22) den ersten Endabschnitt (13) des Längslenkers und die andere Schale (24) U-förmig umgreift.
Kraftfahrzeughinterachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endabschnitt (13) an entgegengesetzten Seiten, nämlich mit einer Oberseite (27) und einer Unterseite (26) in Fahrzeughochrichtung an der zugehörigen Längslenkeraufnahme (21) abgestützt ist, und sich der Kontaktbereich zwischen der Unterseite (26) und der Längslenkeraufnahme (21) weiter in Richtung des zweiten Endabschnitts (14) erstreckt als der Kontaktbereich zwischen der Oberseite (27) und der Längslenkeraufnahme (21).
Kraftfahrzeughinterachse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereiche durch Federunterlagen (35, 36) bestimmt werden, wobei sich die Federunterlage (35), gegen welche sich die Unterseite (26) abstützt, weiter in Richtung des zweiten Endabschnitts (14) erstreckt, als die Federunterlage (36), gegen welche sich die Oberseite (27) abstützt.
Kraftfahrzeughinterachse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Endabschnitt (13) ein oder mehrere Einleger (37) in den faserverstärkten Kunststoff des Längslenkers (11) eingebettet sind, ein daran in Richtung des zweiten Endabschnitts (14) anschließender Bereich des Längslenkers (11) einlegerfrei ist und die Faserdichte des faserverstärkten Kunststoffs am ersten Endabschnitt (13) der Faserdichte im daran anschließenden einlegerfreien Bereich entspricht.
Kraftfahrzeughinterachse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Längslenker (11) jeweils zwei übereinander verlaufende Federschenkel (15, 16) mit jeweils einem Mittelabschnitt (17, 18) zwischen dem ersten und zweiten Endabschnitt (13, 14) aufweisen, die Federschenkel (15, 16) an ihren Mittelabschnitten (17, 18) voneinander ungehindert einfederbar sind, und je Federschenkel (15, 16) ein Einleger (37) vorgesehen ist.
Kraftfahrzeughinterachse nach einem der Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Federschenkel (15, 16) im Bereich des ersten Endabschnitts (13) durch einen Einleger (37) in zwei faserverstärkte Abschnitte aus faserverstärktem Kunststoff aufgespalten ist, die zu dem Mittelabschnitt (17, 18) des zugehörigen Federschenkels (15, 16) zusammenlaufen, wobei der Faserverlauf aus dem ersten Endabschnitt (13) in den Mittelabschnitt (17, 18) fortgesetzt ist.