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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Achsträger, vorzugsweise für eine einfachere Achskonstruktion wie bspw. für eine Verbundlenkerachse, eine Schwertlenkerachse oder eine Dreilenkerachse (jeweils im Falle einer Fzg-Hinterachse). Üblicherweise sind solche Achsträger als geschweißte Konstruktion aus Stahlblechzuschnitten hergestellt. Dies führt zwar zu einer guten Steifigkeit dieses Bauteils, die sowohl für den Fahrkomfort als auch die Fahrzeugsicherheit, gerade im Crashfall, notwendig ist, resultiert andererseits jedoch in einem relativ hohen Gewicht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Achsträger für ein Kraftfahrzeug aufzuzeigen, der sich durch ein gegenüber den herkömmlichen Achsträgern reduziertes Gewicht bei guten mechanischen und fahrdynamischen Eigenschaften auszeichnet und der einfach herstellbar ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit einem Achsträger in Form einer in Faserverbundwerkstoff ausgeführten U-förmigen Schale, deren beide Schenkel sich im im Fahrzeug verbauten Zustand in Fahrzeug-Querrichtung und zumindest annähernd, idealerweise im wesentlichen (oder einfach nur) in Vertikalrichtung in erstrecken, während ein die Schenkel verbindender Bogen am Fahrzeugaufbau bzw. an dessen Unterboden befestigt ist.
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Faserverbundbauteile zeichnen sich durch eine sehr gute mechanische Stabilität, also insbesondere eine hohe Steifigkeit, Torsionssteifigkeit und Festigkeit bei, gegenüber in herkömmlicher Metallbauweise ausgeführten Bauteilen, deutlich reduziertem Gewicht aus. Durch die Ausbildung des erfindungsgemäßen Achsträgers in Form eines „U”, werden diese Effekte verstärkt. Insbesondere ergibt sich beim genannten Einbau in einem Fahrzeug eine bestmögliche Krafteinleitung und Abstützung in bzw. gegenüber dem Fahrzeug-Aufbau, womit auch die Quersteifigkeit des Achsträgers verbessert wird. Durch die strukturellen Eigenschaften des in Faserverbundbauweise ausgeführten erfindungsgemäßen Achsträgers wird ein gewichtsreduzierter Achsträger mit sehr guten mechanischen Kennwerten bereitgestellt, wodurch der Fahrkomfort und die Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs bei sehr gutem Crashverhalten verbessert werden. Ferner zeichnet sich der Achsträger trotz einfacher und damit auch kostengünstiger Bauweise durch hohe gestalterische Freiheitsgrade aus.
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Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung. So kann die U-förmige Schale durch ein einziges Bauteil gebildet sein, wobei die beiden Schenkel einstückig über den besagten Bogen miteinander verbunden sind. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die U-förmige Schale aus einer ersten Halbschale und einer zweiten Halbschale gebildet ist, die jeweils einen Schenkel aufweisen, wobei die erste und die zweite Halbschale an einem Ende einen Teil des besagten Bogens bilden und sich mit diesem Teil überlappen. Durch die Überlappung werden die jeweiligen Schenkel der ersten Halbschale und der zweiten Halbschale miteinander im Bogen des „U” verbunden. Hierdurch wird die Stabilität des Achsträgers erhöht und es lässt sich ein solcher aus Teilschalen bestehender Achsträger einfach und präzise herstellen und montieren. Besonders vorteilhaft ist der Achsträger im Überlappungsbereich der Schenkel mit der Karosserie des Fahrzeugs verschraubt, da somit gleichzeitig eine Fixierung der ersten Halbschale und der zweiten Halbschale und eine Befestigung des Achsträgers am Fahrzeug-Aufbau bzw. an dessen Unterboden erfolgt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die Schenkel der U-förmigen Schale nicht nur über den besagten Bogen, sondern auch an anderer Stelle miteinander verbunden, d. h. gegeneinander abgestützt sein. Durch eine solche Verbindung oder Abstützung, bspw. durch Vorsehen mehrerer Querstreben kann die Stabilität des Achsträgers vorzugsweise an mechanisch stark belasteten Stellen erhöht werden. Weiter vorteilhaft können zwischen den zwei Schenkeln der U-förmigen Schale Lager oder dgl. für Radführungselemente (Lenker oder dgl.) vorgesehen sein. Durch diese integrierende Anordnung der Lager wird der Bauraum des Achsträgers optimal genutzt und es sind die an den Schenkeln abgestützten Lager vor mechanischer Beeinträchtigung geschützt und gleichzeitig optimal befestigt. Über bzw. an solche(n) Lager(n) können Querlenker gelagert sein, aber auch eine Querblattfeder. Die Integration der Lager in die Achsschenkel ergibt insbesondere bei einer Zwei-Schalen-Bauweise des Achsträgers zudem eine momentfreie Zug-/Druck-Belastung der Achsträgerschalen. Die Querlenker stehen dabei idealerweise in der Verlängerung der U-Rinnen-Längsrichtung. So können die zur Fahrtrichtung quer stehenden Lasten ideal vom Achsträger aufgenommen werden. Bei den Lagern kann es sich um übliche Gummilager, aber auch um einfache Verstiftungen oder Verschraubungen handeln.
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Es kann die U-förmige Schale aus einem Laminat aus mindestens zwei Faserverbundschichten gebildet sein. Somit können die mechanischen Eigenschaften der U-förmigen Schale spezifisch auf das Anforderungsprofil des Achsträgers eingestellt werden. Insbesondere kann hierdurch die Stabilität und dabei die Steifigkeit und Torsionssteifigkeit des Achsträgers verbessert werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung enthält die U-förmige Schale zur Erhöhung der Festigkeit Endlosfasern. Weiterhin kann an der U-förmigen Schale mindestens eine Verstärkung vorgesehen sein, welche im Gegensatz zur oben genannten Verstärkung, welche die beiden Schenkel des „U” miteinander durch den innen liegenden Hohlraum des „U” verbindet, entlang eines Schenkels, d. h. auf dessen Oberfläche verläuft und beispielsweise in Form mindestens einer Rippe und/oder mindestens einer Sicke ausgebildet ist. Hierdurch kann insbesondere die Torsionssteifigkeit, die Biegesteifigkeit quer zur Fahrtrichtung, sowie die Betriebsfestigkeit des Achsträgers verbessert werden. Dabei ist die Verstärkung der U-förmigen Schale durch eine oder mehrere Rippen umso wirkungsvoller, je vollständiger und stabiler die Rippe mit der Schale verbunden ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Rippe mittels SMC-Technik (sheet molding compound) oder in Spritzgusstechnik direkt auf die Schale bzw. den jeweiligen Schenkel aufgebracht und somit auch mit dieser/diesem verbunden ist. Besonders vorteilhaft ist die Rippe bzw. sind die Rippen aus einem kurzfaserverstärkten Kunststoff gebildet. Hierdurch wird die Rippe integraler Bestandteil der Schale und kann einwirkende Kräfte besonders gut aufnehmen.
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Der Achsträger kann an vorgesehenen Stellen Anbindungen, Befestigungsvorrichtungen oder Verbindungsmittel für weitere Bauteile des Kraftfahrzeugs umfassen, die beispielsweise an den Achsträger angespritzt, angeschraubt, angeklebt oder anderweitig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit diesem verbunden sind. Besonders bevorzugt umfasst eine auf die Schale aufgebrachte Rippe Befestigungsmittel oder Verbindungsmittel für weitere Kraftfahrzeugteile, wie beispielsweise Leitungsbefestigungen für Bremsleitungen, elektrische Leitungen, Sensoren, Tilgermassen oder ein Achsgetriebe. Hierdurch werden die Geometrie und die mechanische Festigkeit des Achsträgers im Wesentlichen nicht beeinflusst. Durch das Anbringen der Befestigungsmittel oder Verbindungsmittel an der Rippe ist eine Integration dieser Mittel in den Achsträger einfach umsetzbar und von dauerhafter Stabilität.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösungen sowie deren Weiterbildungen ergeben sich folgende Vorteile: Es ist ein Achsträger mit reduziertem Gewicht bereitgestellt. Der Achsträger zeichnet sich durch sehr gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Steifigkeit, Torsionssteifigkeit und Festigkeit, aus. Der Achsträger weist ein gutes Crashverhalten auf. Weitere Fahrzeugkomponenten und Teile wie Träger, Montageteile und Leitungsverschraubungen können sehr leicht und dauerhaft mit dem Achsträger verbunden und/oder in diesem integriert werden. Durch die vereinfachte Struktur des Achsträgers ist dieser einfach ohne hohen technischen Aufwand und damit kostengünstig herstellbar. Das Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Achsträger weist einen hohen Fahrkomfort und eine sehr gute Fahrdynamik auf.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
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1 in räumlicher Darstellung eine erste mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Achsträgers
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2 in Ansicht in Fahrzeug-Längsrichtung eine andere Ausführungsform des Achsträgers,
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3 einen Querschnitt durch den Achsträger nach 1 in der Ebene eines Lagers für einen radführenden Lenker
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4 einen Querschnitt durch einen andersartig gestalteten erfindungsgemäßen Achsträger, von welchem in
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5 ein Schnitt mit horizontaler, d. h. im am Fahrzeug verbauten Zustand parallel zur Fahrbahn verlaufender Schnittebene gezeigt ist.
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1 zeigt eine Ansicht eines Achsträgers 1 eines Fahrzeugs von schräg oben, der durch eine U-förmige Schale aus Faserverbundwerkstoff gebildet ist, die zwei Schenkel 2 aufweist, von denen hier nur der vordere Schenkel 2a sichtbar ist, welche Schenkel 2 über einen Bogen 3 miteinander verbunden sind. Dies kann ausgeführt sein wie in der später noch erläuterten 3 dargestellt ist. An der sichtbaren Außenseite des Schenkels 2a ist eine Rippenanordnung 13 vorgesehen, die diesen Schenkel 2a versteift bzw. verstärkt. An der Oberseite des Bogens 3 des Achsträgers 1 sind Befestigungsvorrichtungen 14 vorgesehen, mit Hilfe derer der Achsträger 1 von unten am Fahrzeug-Aufbau befestigt werden kann. In den Schenkeln 2 sind Befestigungsstellen für Lager 5 (vgl. hierzu 3) vorgesehen, welche Befestigungsstellen in den 1, 2 ebenfalls mit der Bezugsziffer 5 gekennzeichnet sind. Über diese Lager 5 sind obere und untere Querlenker 11, die sich hier exakt in Querrichtung des Fahrzeugs erstrecken, gelagert. Letztere sind außenseitig, d. h. mit ihrem dem Achsträger 1 abgewandten Ende an einem Radträger 12 gelagert, an welchen sich ein Schwertlenker 15 anschließt, jedoch ist letzteres für die vorliegende Erfindung unerheblich. Man erkennt hieraus jedoch, dass sich die Schenkel 2 des Achsträgers 1 jeweils in einer sich in Fzg.-Querrichtung sowie in Vertikalrichtung (und somit senkrecht zur Fahrbahn) erstreckenden Ebene befinden, und dass mit dieser Achskonstruktion – mit Ausnahme einer Federabstützung des nicht gezeigten Fahrzeug-Aufbaus letztlich am jeweiligen Radträger 12 – eine „vollständige” Hinterachse eines Personenkraftwagens vorliegt, so dass es sich bei dem gezeigten Achsträger 1 bzw. der gezeigten U-förmigen Schale, die sich nur über einen gewissen kleineren Bereich der Fahrzeug-Breite in Fzg.-Querrichtung erstreckt, um den einzigen Achsträger der Hinterachse des Fahrzeugs handelt.
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2 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von 1 in einer Ansicht in Richtung der Fzg.-Längsachse. Hier ist anstelle der beiden unteren Querlenker (11) von 1 eine durchgehende Querblattfeder 9 in im Achsträger 1 vorgesehenen Federauflagen 8 abgestützt.
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3 zeigt einen Schnitt des Achsträgers 1 von 1 oder 2 in einer sich in Fahrzeug-Längsrichtung sowie senkrecht zur Fahrbahn erstreckenden Schnittebene im Bereich eines Lagers 5 (für einen Querlenker), d. h. die Blickrichtung geht in Fzg.-Querrichtung. Hier erkennt man die Gestaltung des Achsträgers 1 als U-förmige Schale, die vorliegend aus einer ersten Halbschale 6 mit einem ersten Schenkel 2a und einer zweiten Halbschale 7 mit einem zweiten Schenkel 2b gebildet ist, wobei diese Schenkel 2a, 2b die Schenkel 2 der den Achsträger 1 bildenden U-förmigen Schale sind. Die erste Halbschale 6 und die zweite Halbschale 7 überlappen sich im oberen Bereich des Achsträgers 1 und bilden dabei einen die Schenkel 2 bzw. 2a und 2b verbindenden Bogen 3, so dass der Achsträger 1 in Summe die Form eines nach unten offenen „U” annimmt. Mit diesem Überlappungsbereich ist der Achsträger 1 am Unterboden des Fzg.-Aufbaus befestigt, wobei diese Befestigung gleichzeitig die beiden Halbschalen 6, 7 fest miteinander verbindet (dargestellt durch einen vertikalen Strich). Ferner erkennt man in dieser 3 ein Lager 5 für einen der in den vorhergehend erläuterten Figuren gezeigten Querlenker (11), das beispielsweise in Form einer Hülse 5a und einer Gummieinlage 5b vorliegt.
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4 zeigt einen Schnitt vergleichbar demjenigen von 3 für ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Achsträgers 1. Erkennbar ist auch dieser Achsträger 1 U-förmig ausgebildet und weist zwei Schenkel 2 und einen die Schenkel 2 verbindenden Bogen 3 auf. Die Schenkel 2 und der Bogen 3 bilden zusammen eine U-förmige Schale. Auch dieser Achsträger 1 ist aus einem Faserverbundmaterial gebildet. Die Schenkel 2 des Achsträgers 1 sind durch eine zusätzliche Querverstärkung 4, die hier beispielsweise in Form von Querstreben oder Verrippungen ausgebildet ist, miteinander verbunden, wodurch die Stabilität der Schenkel 2 gegenüber Druck oder anderweitige mechanische Einwirkungen erhöht und die Schenkel 2 gegeneinander abgestützt sind. Dabei zeigt 5, wie die Querverstärkung 4 als Verrippung ausgeführt sein kann. Diese Verrippung oder Querverstärkung 4 kann mittels Spritzgusstechnik oder SMC-Technik mit den Schenkeln 2 verbunden sein und damit einen integralen Bestandteil des Achsträgers 1 bilden. Weitere integrale Bestandteile des Achsträgers 1 sind beispielsweise Aufnahmen oder Befestigungsstellen für ein in 3 gezeigtes und beschriebenes Lager 5 oder die genannte Federauflage 8.
