DE102013007982B3

DE102013007982B3 - Drehstabfedersystem für eine Radaufhängung eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102013007982B3
Application number: DE201310007982
Authority: DE
Inventors: Joachim Schmitt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2033-05-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Drehstabfedersystem für eine Radaufhängung eines zweispurigen Kraftfahrzeugs, mit einem das Drehstabfedersystem variabel vorspannenden Aktuator (25), der über eine Drehstabfeder (22) mit einer Vorspannkraft auf ein Radaufhängungselement (12) wirkt, welche Drehstabfeder (22) ein Bündel aus zumindest zwei Torsionsstäben (37) aufweist, deren Stabköpfe (39) an zumindest einem Anschlusselement (29, 43) drehfest gekoppelt sind. Erfindungsgemäß weist das Anschlusselement (29, 43) zur drehfesten Kopplung eine Stabaufnahme (41) aufweist, in der die Stabköpfe (39) gemeinsam eingefasst sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehstabfedersystem für eine Radaufhängung eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie ein Fahrzeug.
Ein solches Drehstabfedersystem kann einen Aktuator aufweisen, der über eine Drehstabfeder sowie einen Abtriebshebel auf ein Radaufhängungselement wirkt, und zwar mit einer variabel einstellbaren Vorspannkraft. Die Drehstabfeder benötigt dabei eine relativ große Baulänge, um ohne Überschreitung der zulässigen Spannung eine ausreichende Federweichheit zu erlangen.
Die vergleichsweise große Baulänge des Drehstabes ist im Hinblick auf die äußerst kritischen Platzverhältnisse im Bereich der Radaufhängung problematisch. Vor diesem Hintergrund weist das aus der DE 10 2008 021 959 A1 bekannte Drehstabfedersystem anstelle einer zylindrischen Drehstabfeder ein Bündel aus zumindest zwei achsparallel angeordneten Torsionsstäben auf, die trotz reduzierter Baulänge (das heißt wirksamer Federlänge) eine geforderte weiche Kennlinie aufweisen können. Die Torsionsstäbe sind symmetrisch zu einer Drehachse des Drehstabfedersystems angeordnet und über ihre gesamte Länge mit konstantem Querschnitt ausgebildet, das heißt deren Stabköpfe und deren Stabmittelabschnitte sind jeweils von gleichem Querschnitt. Die Stabköpfe der Torsionsstäbe sind jeweils drehfest mit Anschlusselementen gekoppelt, das heißt mit einem Schwenkmotor des Aktuators sowie einem auf ein Radführungselement wirkenden Abtriebshebel.
Zur drehfesten Kopplung ist jeder der Stabköpfe der Torsionsstäbe jeweils einzeln, das heißt unabhängig von den anderen Torsionsstäben, in eine dazu korrespondierende Stabaufnahme des Anschlusselementes eingesetzt. Die aus der DE 10 2008 021 959 A1 bekannte drehfeste Kopplung der Torsionsstäbe mit den jeweiligen Anschlusselementen ist konstruktiv aufwendig. Zudem besteht die Problematik, dass speziell an den Kopplungsstellen bei einer Torsionsbeanspruchung Belastungsspitzen auftreten, so dass die Kopplungsstellen mit hoher Fertigungs- und Montagegenauigkeit herzustellen sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Drehstabfedersystem für eine Radaufhängung eines zweispurigen Kraftfahrzeuges bereitzustellen, bei der mit baulich sowie konstruktiv einfachen Mitteln eine drehfeste Kopplung der Torsionsstäbe mit den Anschlusselementen erfolgen kann.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und die Merkmale des Patentanspruches 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass im Stand der Technik die Stabköpfe der Torsionsstäbe nur mit großem fertigungstechnischen Aufwand – und daher mit dem Risiko von Fertigungsfehlern – mit den zugeordneten Anschlusselementen verbunden werden kann. Vor diesem Hintergrund weist das Anschlusselement gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 eine Stabaufnahme auf, in der die Stabköpfe gemeinsam eingefasst sind. Im Unterschied zum Stand der Technik sind daher nicht für jeden Torsionsstab separate Stabaufnahmen vorgesehen, sondern vielmehr eine gemeinsame Stabaufnahme, in der die Stabköpfe der Torsionsstäbe zusammengefasst sind. Dies hat insbesondere auch den Vorteil, dass sich bei einer Torsionsbeanspruchung im Fahrbetrieb die Torsionsstäbe über die Stabköpfe unmittelbar gegeneinander abstützen können, wodurch gegebenenfalls die mechanische Belastung des Anschlusselementes reduzierbar ist.
Für einen zuverlässigen Federbetrieb ist es erforderlich, dass die Torsionsstäbe möglichst spielfrei zwischen den beiden stirnseitigen Anschlusselementen eingespannt ist. Von Vorteil ist es daher, wenn die Stabköpfe der Torsionsstäbe konturangepasst und/oder formschlüssig in Anlage zueinander abgestützt sind. Bevorzugt können die Torsionsstäbe jeweils ein Vierkantprofil mit einem rechteckigen oder einem quadratischen Querschnitt aufweisen. Die Stabaufnahme des Anschlusselementes kann eine Vertiefung, insbesondere ein Sackloch sein. Die Stabaufnahme muss ausreichend starr ausgelegt sein, um bei einer Torsionsbeanspruchung nicht zu verformen. Von daher ist es bevorzugt, wenn die Vertiefung geschlossen ist, das heißt einen Boden sowie davon hochgezogene Seitenwände aufweist, in denen die Stabköpfe formschlüssig sowie spielfrei eingefasst sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Stabköpfe in die Stabaufnahme eingepresst sind. Durch eine solche Presspassung kann ein bei Torsionsbeanspruchung auftretendes Kantentragen reduziert werden, das heißt Belastungsspitzen speziell an den Ecken der Stabköpfe, reduziert werden.
Zur einfacheren Handhabbarkeit beim Zusammenbau des Drehstabfedersystems ist es von Vorteil, wenn die Stabköpfe der Torsionsstäbe im demontierten Zustand von einem rahmenförmigen Zwischenteil gebündelt zusammengefasst, insbesondere eingepresst, sind. Auf diese Weise ergeben die bereits gebündelten Torsionsstäbe eine einteilige Vormontageeinheit. Die Stabköpfe sind dann unter Zwischenlage des rahmenförmigen Zwischenteils in der Stabaufnahme des jeweiligen Anschlusselementes eingesetzt. Das rahmenförmige Zwischenteil kann im Hinblick auf eine Materialauswahl sowie im Hinblick auf die Dimensionierung so ausgelegt sein, dass ein umfangsseitig spielfreier Presssitz in der Stabaufnahme unterstützt wird.
Zur weiteren Reduzierung des oben genannten Kantentragen kann das Zwischenteil zumindest ein zusätzliches Kraftaufnahmeelement aufweisen, das am Zwischenteil-Außenumfang radial nach außen abragt. Mit dem Kraftaufnahmeelement wird eine Kraftübertragungsfläche zwischen dem Zwischenteil und der Stabaufnahme vorteilhaft vergrößert. Entsprechend können Belastungsspitzen an den Ecken des rahmförmigen Zwischenteils bei einer Torsionsbelastung reduziert werden. Bevorzugt sind als Kraftaufnahmeelemente abtragende Stage angeformt, die in korrespondierende Nutzen in den Stabaufnahme-Seitenwänden eingreifen.
Jeder der Torsionsstäbe weist einen Stabmittelabschnitt auf, der sich in der Einbaulage über eine freie Federlänge zwischen den beidseitigen Anschlusselementen erstreckt.
Für einen zuverlässigen Abbau der Federsteifigkeit ist es von Vorteil, wenn die sich über die freie Federlänge erstreckenden Stabmittelabschnitte der Torsionsstäbe sich beeinträchtigungsfrei elastisch tortieren können. Bevorzugt sind daher die Stabmittelabschnitte der Torsionsstäbe über einen freien Abstand voneinander beabstandet. Die Freiräume zwischen den Stabmittelabschnitten können bevorzugt durch eine entsprechende Querschnittsreduzierung der Stabmittelabschnitte erreicht werden. Das heißt, dass der Stabmittelabschnitt eines Torsionsstabes eines im Vergleich zum Stabkopf reduzierten Querschnitt aufweist.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf die untere Ebene einer linksseitigen Radaufhängung einer Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, und zwar mit einem unteren Querlenker, einem Stoßdämpfer und einem Drehfederstabsystem;
2 in einer vergrößerten Darstellung eine Drehstabfeder gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
3 in einer perspektivischen Darstellung das Torsionsstab-Bündel der in der 2. Gezeigten Drehstabfeder;
4 und 5 jeweils unterschiedliche Ansichten einer Drehstabfeder gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
6 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene B-B aus der 5; und
7 in einer perspektivischen Darstellung eine Drehstabfeder gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
In der 1 ist mit 10 die untere Ebene einer linksseitigen Radaufhängung für ein zweispuriges Kraftfahrzeug gezeigt. Die nicht dargestellte rechtsseitige Radaufhängung ist mit Bezug auf die Mittellängsebene 11 spiegelbildlich aufgebaut. Gemäß der 1 weist die linksseitige Radaufhängung einen unteren Querlenker 12 auf, der einerseits am Fahrzeugaufbau 20 (speziell an einem fahrzeugaufbauseitigen Hilfsrahmen) und andererseits an einem nicht näher dargestellten Radträger für ein Hinterrad 17 angelenkt ist. Der den Radträger führende obere Lenker ist nicht dargestellt. Die in der 1 gezeigte linksseitige Radaufhängung weist einen Stoßdämpfer 24 mit davon getrennter, nicht gezeigter Tragfeder auf. Die Tragfeder bildet zusammen mit einem in der Fahrzeugquerrichtung y verlaufenden Drehstabfedersystem eine Federungsanordnung, deren Drehstabfeder 22 als Speicherfeder noch zu beschreibender Konstruktion wirkt.
Das in der 1 gezeigte Drehstabfedersystem weist einen am Hilfsrahmen 20 montierten Aktuator 25 auf, der von einer nicht gezeigten Steuereinheit ansteuerbar ist. Der Aktuator 25 setzt sich aus einem antreibenden Elektromotor und einem hoch übersetzenden Getriebe (zum Beispiel ein Harmonic-Drive-Getriebe oder ein Zykloid-Getriebe) zusammen. Gemäß der 1 ist eine Antriebswelle 27 des Aktuators 25 mit einem ersten Anschlusselement 29 der Drehstabfeder 22 verbunden. Die Drehstabfeder 22 geht in einer Momentenflussrichtung in einen, in der Fahrtrichtung F nach vorne abragenden Abtriebshebel 31 über, der z. B. über Lagerstellen und eine Koppelstange gelenkig mit dem Querlenker 12 verbunden ist. Durch die Drehstabfeder 22 kann eine Gesamtfederrate der Radaufhängung vermindert beziehungsweise vorteilhaft an konstruktive Gegebenheiten angepasst werden.
Die Drehstabfeder 22 ist gemäß den 1 oder 2 aus einem Bündel von vier einzelnen Torsionsstäben 37 aufgebaut. Diese sind mit Bezug auf eine Drehachse D (1) symmetrisch sowie achsparallel zueinander angeordnet. Demzufolge weist jeder der Torsionsstäbe 37 im Querschnittsprofil quadratische Stabköpfe 39 auf. Die Stabköpfe 39 der in der 2 und 3 insgesamt vier Torsionsstäbe 37 sind gemeinsam in eine Stabaufnahme 41 des ersten Anschlusselementes 29 und eines axial gegenüberliegenden zweiten Anschlusselementes 43 eingesetzt. Die Stabaufnahmen 41 der beiden Anschlusselemente 29, 43 sind jeweils als Sacklöcher mit geschlossenem Boden 45 und davon hochgezogenen Seitenwänden 47 ausgebildet.
Zur Vermeidung von Belastungsspitzen an den Außenecken 49 (3) der gebündelten Stabköpfe 39 (sogenanntes Kantentragen), sind die Stabköpfe 39 mit einem Übermaß in die Stabaufnahmen 41 der Anschlusselemente 29, 43 eingepresst. Auf diese Weise erfolgt bei einer Torsionsbeanspruchung auch eine erhöhte Kraftübertragung über die flächigen Außenseiten 51 der Stabköpfe 39, wodurch Belastungsspitzen an den Außenecken 49 reduziert werden.
Im Unterschied zu dem rechtwinkligen Querschnittsprofil der Stabköpfe 39 weisen die Stabmittelabschnitte 53 der Torsionsstäbe 37 einen kreisförmigen Querschnitt auf. Zudem ist der Querschnitt der Stabmittelabschnitte 53 im Vergleich zu den Stabköpfen 39 reduziert. Auf diese Weise ergeben sich zwischen den Stabmittelabschnitten 53 Freiräume 55 (2), in die sich die Stabmittelabschnitte 53 bei einer Torsionsbelastung frei verformen können. Die Stabmittelabschnitte 53 erstrecken sich über eine freie Federlänge f (2) zwischen den beiden Anschlusselementen 29, 43.
In den folgenden 4 bis 7 ist die Drehstabfeder 22 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Aufbau sowie die Funktionsweise der Drehstabfeder 22 ist im Wesentlichen identisch zur Drehstabfeder gemäß den 1 bis 3. Im Unterschied zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel sind die Stabköpfe 39 der Torsionsstäbe 37 unter Zwischenlage eines rahmenförmigen Zwischenteils 57 in die Stabaufnahmen 41 der Anschlusselemente 29, 43 eingepresst.
Gemäß der in der 6 gezeigten Ausführungsvariante weist das rahmenförmige Zwischenteil 57 jeweils nach außen abragende Stege 59 auf, die an den Rahmenleisten des Zwischenteils 57 angeformt sind. Die Stege 59 sind in der Zusammenbaulage formschlüssig in Eingriff mit korrespondierenden Nuten in der Seitenwand 47 der Stabaufnahme 41. Die Stege 59 wirken bei einer Torsionsbeanspruchung mit einer Flächennormale rechtwinklig auf die korrespondierende Kraftübertragungsfläche der Stabaufnahme 41. Dadurch werden Belastungsspitzen an den Außenecken des rahmenförmigen Zwischenteils 57 weiter reduziert.
Beim Zusammenbau der Drehstabfeder 22 werden zunächst die noch einzelnen Torsionsstäbe 37 im rahmenförmigen Zwischenteil 57 gebündelt zusammengefasst bzw. darin eingepresst. Auf diese Weise ergibt sich eine einfach handhabbare Vormontageeinheit. Anschließend wird das Zwischenteil 57 mit den darin eingepressten Stabköpfen 39 der Torsionsstäbe 37 nochmals in die Stabaufnahmen 41 der Anschlusselemente 29, 43 eingepresst.

Claims

Drehstabfedersystem für eine Radaufhängung eines zweispurigen Kraftfahrzeugs, mit einem das Drehstabfedersystem variabel vorspannenden Aktuator (25), der über eine Drehstabfeder (22) mit einer Vorspannkraft auf ein Radaufhängungselement (12) wirkt, welche Drehstabfeder (22) ein Bündel aus zumindest zwei Torsionsstäben (37) aufweist, deren Stabköpfe (39) an zumindest einem Anschlusselement (29; 43) drehfest gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (29; 43) zur drehfesten Kopplung eine Stabaufnahme (41) aufweist, in der die Stabköpfe (39) gemeinsam eingefasst sind.
Drehstabfedersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabköpfe (39) der Torsionsstäbe (37) konturangepasst und/oder formschlüssig in Anlage miteinander sind.
Drehstabfedersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabköpfe (39) einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen.
Drehstabfedersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabaufnahme (41) des Anschlusselements (29; 43) eine Vertiefung mit geschlossenem Boden (45) und davon hochgezogenen Seitenwänden (47) ist.
Drehstabfedersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabköpfe (39) unter Zwischenlage eines rahmenförmigen Zwischenteils (57) in der Stabaufnahme (41) des Anschlusselements (29; 43) eingefasst sind.
Drehstabfedersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer vom Anschlusselement (29; 43) ausgebauten Vormontageeinheit die Stabköpfe (39) der Torsionsstäbe (37) im rahmenförmigen Zwischenteil (57) gebündelt zusammengefasst sind.
Drehstabfedersystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenteil (57) zumindest ein Kraftaufnahmeelement (59) aufweist, das am Zwischenteil-Außenumfang radial nach außen abragt, welches Kraftabgabeelement (59) bei einer Torsionsbeanspruchung als Verdrehsicherung wirkt.
Drehstabfedersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Torsionsstäbe (37) einen Stabmittelabschnitt (53) aufweist, der sich über eine freie Federlänge (f) zwischen den Anschlusselementen (29; 43) erstreckt, und dass die Stabmittelabschnitte (53) der Torsionsstäbe (37) über einen freien Abstand (55) voneinander beabstandet sind.
Drehstabfedersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabmittelabschnitt (53) eines Torsionsstabes (37) einen im Vergleich zum Stabkopf (39) reduzierten Querschnitt aufweist.
Fahrzeug mit einem Drehstabfedersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.