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Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Eine Verbundlenkerachse mit einem sich zwischen zwei Längslenkern erstreckenden und mit diesen fest verbundenen Querprofil zeigt die
FR 2 926 248 A1 , bei der Radträger über als flexible Bleche ausgeführte Stege von Federkoppelelementen an den Längslenkern angebunden sind. Über die flexible Verbindung zwischen den Radträgern und den Längslenkern ist die Verbundlenkerachse mit einer für einen gewünscht hohen Fahrkomfort erforderlichen Längsnachgiebigkeit ausgeführt, die eine Relativbewegung zwischen den Radträgern und den Längslenkern in Fahrzeuglängsrichtung bzw. in Längsrichtung der Längslenker und eine damit einhergehende und einen Fahrkomfort verbessernde Radstandsänderung zwischen zwei Fahrzeugachsen eines Fahrzeuges ermöglicht.
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Nachteilhafterweise sind weder die Längsnachgiebigkeit der Verbundlenkerachse selbst noch aus der Längsnachgiebigkeit der Verbundlenkerachse resultierende Lenkwinkelveränderungen im Bereich der Radträger in einem für die Darstellung guter Fahreigenschaften eines Fahrzeuges erforderlichen Umfang darstellbar bzw. begrenzbar, weshalb ein mit der bekannten Verbundlenkerachse ausgeführtes Fahrzeug nicht mit den gewünscht guten Fahreigenschaften betreibbar ist.
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Um Lenkwinkelveränderungen im Bereich von Radträgern von Verbundlenkerachsen sowie deren Längsnachgiebigkeit zur Verbesserung der Fahreigenschaften von Fahrzeugen auf konstruktiv einfache und kostengünstige Art und Weise zu begrenzen, werden aus der Praxis bekannte Verbundlenkerachsen beispielsweise mit sogenannten Anschlagelementen ausgeführt, die jeweils eine Relativbewegung zwischen einem Radträger und einem Längslenker übergangslos begrenzen.
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Solche Anschlagelemente verursachen Sprünge im Steifigkeitsverlauf der Verbindungseinrichtungen zwischen den Radträgern und den Längslenkern, aus welchen wiederum plötzliche Veränderungen des Fahrverhaltens eines Fahrzeuges und insbesondere schlagartige Komforteinbußen resultieren. Des Weiteren bauen sich im Fahrbetrieb auftretende Schwingungen im Verbindungsbereich zwischen den Radträgern und den Längslenkern, die über die flexiblen Bleche miteinander verbunden sind, wenn überhaupt nur sehr langsam ab, was das Fahrverhalten eines mit einer derartigen Verbundlenkerachse ausgeführten Fahrzeuges zusätzlich negativ beeinflusst.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Verbundlenkerachse zur Verfügung zu stellen, mittels der ein Fahrzeug mit gutem Fahrverhalten, insbesondere mit hohem Fahrkomfort bei gleichzeitig hoher Fahrsicherheit betreibbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Verbundlenkerachse mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse ist mit einem sich zwischen zwei Längslenkern erstreckenden und mit diesen fest verbundenen Querprofil ausgebildet. Im Bereich der Längslenker ist jeweils ein Hauptlager vorgesehen, über die die Längslenker mit einer Fahrzeugkarosserie verbindbar sind. Zusätzlich ist jeweils ein Radträger über sich im Wesentlichen in Längsrichtung des Querprofils zwischen den Radträgern und den Längslenkern erstreckende Stege von Federkoppelelementen mit den Längslenkern verbunden.
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Erfindungsgemäß ist zwischen den Federkoppelelementen und den Längslenkern zumindest bereichsweise jeweils eine Gummidämpfereinrichtung vorgesehen, die bei einer den Abstand in Längsrichtung des Querprofils zwischen den Radträgern und den Längslenkern verringernden Verformung der Stege verformt werden und einer solchen Verformung der Stege stetig entgegenwirken.
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Die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse weist eine für einen hohen Fahrkomfort erforderliche Längsnachgiebigkeit auf, die auf kostengünstige Art und Weise in gewünschtem Umfang im Bereich der Gummidämpfereinrichtungen begrenzt ist. Dabei ist über die Gummidämpfereinrichtungen vorzugsweise jeweils eine progressive Federkennlinie darstellbar, um die Längsnachgiebigkeit der Verbundlenkerachse mit ansteigender Relativbewegung zwischen den Radträgern und den Längslenkern zunehmend zu begrenzen.
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Zusätzlich ist über die Gummidämpfereinrichtungen auch ein Schwenkwinkel bzw. ein Spurwinkel der Radträger gegenüber einer Fahrzeuglängsachse bzw. zwischen den Radträgern und einer Längsrichtung der Längslenker über die Gummidämpfereinrichtungen begrenzbar. Insbesondere bei angreifenden Seiten- und Bremskräften wird zur Verbesserung eines Fahrverhaltens eines mit der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse angestrebt, dass die Radträger bzw. die damit verbundenen Räder eines Fahrzeuges in eine Vorspur übergehen, um Übersteuertendenzen entgegenzuwirken.
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Eine Vorspur liegt dann im Bereich eines Rades vor, wenn der Abstand zwischen den Felgenhörnern vor der Radmitte kleiner ist als dahinter. Zusätzlich wird vorliegend definitionsgemäß unter dem Spurwinkel der Winkel verstanden, den eine Radmittelebene und eine zur Spurweite senkrecht stehende Fahrbahnebene miteinander einschließen.
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Zudem sind über die Gummidämpfereinrichtungen auch Schwingungen im Verbindungsbereich zwischen den Längslenkern und den Radträgern mit geringem Aufwand und daher kostengünstig dämpfbar. Dadurch wird ein Fahrverhalten eines mit der erfindungsgemäßen Verbindlenkerachse ausgeführten Fahrzeuges in gewünschtem Umfang gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen verbessert.
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Sind die Federkoppelelemente als FKV(Faser-Kunststoff-Verbund)-Bauteile ausgeführt, ist die Längsnachgiebigkeit der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse in gewünschtem Umfang darstellbar, da mittels FKV-Bauteilen, wie GFK-Bauteilen (Glasfaser-Kunststoff-Verbund) die gewünschte hohe Längsnachgiebigkeit der Verbundlenkerachse bei gleichzeitig wirkenden hohen Bauteilspannungen darstellbar sind. Dabei stellen insbesondere GFK-Bauteile aufgrund des geringen E-Moduls und der hohen Bruchdehnung besonders geeignete Federkoppelelemente dar.
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Bei einer konstruktiv einfachen und mit geringem Aufwand montierbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse weisen die FKV-Bauteile jeweils im Wesentlichen in Längsrichtung der Längslenker verlaufende und zwischen den Stegen angeordnete Mittenbereiche auf, in deren Bereich die Radträger an den FKV-Bauteilen angebunden sind.
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Sind jeweils ein vorderer Steg zwischen dem Hauptlager und einer Radachse eines Radträgers und ein hinterer Steg der Federkoppelelemente auf der dem Hauptlager abgewandten Seite der Radachse des betreffenden Radträgers zwischen dem Mittenbereich des Federkoppelelementes und dem Längslenker verlaufend angeordnet, ist die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse auf einfache Art und Weise mit der gewünscht hohen Längsnachgiebigkeit bei gleichzeitig hoher Quersteifigkeit zur Verfügung stellbar. Die Radträger der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse sowie die damit verbundenen Räder gehen bei angreifenden Quer- und Bremskräften durch die geeignete Anbindung der Radträger an den Längslenkern über die Federkoppelelemente in eine gewünschte Vorspur über, wodurch Übersteuertendenzen mit geringem konstruktiven Aufwand kostengünstig entgegengewirkt wird.
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Ist der vordere Steg eines Federkoppelelementes jeweils kürzer ausgebildet als der hintere Steg, wird wiederum mit geringem konstruktiven Aufwand erreicht, dass die Radträger und die damit verbundenen Räder bei angreifenden Quer- und Bremskräften in die gewünschte Vorspur übergehen.
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Die Höhe der Stege der Federkoppelelemente steigt bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse ausgehend von den Mittenbereichen in Richtung der Längslenker bereichsweise an, wobei die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse dann wiederum mit geringem Aufwand mit der für einen hohen Fahrkomfort erforderlichen Längsnachgiebigkeit bei gleichzeitig hoher Quersteifigkeit zur Verfügung steht. Über die zur Fahrzeugmitte hin größer werdenden Schwingbleche bzw. Stege der Federkoppelelemente ist eine Sturzsteifigkeit der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse auf einfache Art und Weise erhöhbar und die Weiterleitung von Sturzmomenten in gewünschtem Umfang verbesserbar Schwingungen im Verbindungsbereich zwischen den Radträgern und den Längslenkern sind bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse auf kostengünstige Art und Weise dadurch dämpfbar, dass die Gummidämpfereinrichtungen jeweils wenigstens zwei in Längsrichtung der Längslenker zueinander beabstandete mehrlagige Dämpferelemente umfassen, die jeweils zwischen zwei Gummilagen eine Blechlage aufweisen. Die Dämpferelemente, die aus Gummi- und Blechlagen bestehen, sind dann auf einfache und kostengünstige Art und Weise mit anisotropen Federeigenschaften ausführbar, über die in Fahrzeugquerrichtung einerseits eine hohe Steifigkeit und in Fahrzeuglängsrichtung eine entsprechend weiche Kennlinie zur Verfügung stellbar sind.
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Bei einer weiteren durch eine verbesserte Kinematik gekennzeichneten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse ist jeweils die Federsteifigkeit der den Hauptlagern zugewandten Dämpferelemente kleiner als die Federsteifigkeit der jeweils zweiten Dämpferelemente, wobei das weichere Dämpferelement beispielsweise mit drei Gummilagen und zwei Blechlagen vulkanisiert wird, während das härtere Dämpferelement beispielsweise vier Gummilagen und drei Blechlagen umfasst.
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Ist jeweils eines der Dämpferelemente einer Gummidämpfereinrichtung in Längsrichtung der Längslenker vor der Radachse eines zugehörenden Radträgers und das jeweils andere Dämpferelement hinter der Radachse des zugeordneten Radträgers angeordnet, ist eine Kinematik der Verbundlenkerachse auf konstruktiv einfache Art und Weise in gewünschtem Umfang einstellbar. Dabei ist insbesondere während eines Einfedervorganges der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse gewährleistbar, dass sich im Bereich des Radträgers ein negativer Sturz einstellt. Zusätzlich ist dadurch erreichbar, dass sich während eines Bremsvorganges eines Fahrzeuges oder während eines Betriebszustandsverlaufes eines Fahrzeuges, während dem im Bereich der Radträger hohe Querkräfte angreifen, jeweils im Bereich der mit den Radträgern wirkverbundenen Räder ein negativer Spurwinkel einstellt, zu dem dann eine Vorspur vorliegt.
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Insbesondere wird zur Vermeidung von Übersteuertendenzen angestrebt, dass besonders das kurvenäußere Hinterrad eines Fahrzeuges unter einem Seiten- und Bremskrafteinfluss in eine Vorspur übergeht.
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Weisen die den Hauptlagern zugewandten Stege der Federkoppelelemente jeweils wenigstens zwei winkelig zueinander angeordnete Verbindungsbereiche auf, über die die Federkoppelelemente jeweils oberhalb und unterhalb der Radachsen der Radträger mit den Längslenkern verbunden sind und die sich jeweils wenigstens annähernd in Querrichtung des Querprofils zwischen den Mittenbereichen der Koppelelemente und den Längslenkern erstrecken, sind im Bereich der Radträger angreifende Radkräfte in gewünschtem Umfang auf die Längslenker übertragbar und die für den gewünscht hohen Fahrkomfort erforderliche Längsnachgiebigkeit bei gleichzeitig hoher Quersteifigkeit auf konstruktiv einfache Art und Weise darstellbar. Zusätzlich ist auch ein gewünschtes Lenkverhalten der Verbundlenkerachse mit geringem Aufwand realisierbar, wobei sich im Bereich der Verbundlenkerachse bei angreifenden Seiten- und Bremskräften in gewünschtem Umfang eine Vorspur einstellt.
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Die Radträger sind bei einer in bestehende Verbundlenkerachssysteme mit geringem Aufwand integrierbaren Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse über Trägerbleche mit den Längslenkern verbunden, wobei die Trägerbleche mit den Längslenkern fest verbunden sind und die Federkoppelelemente und die Gummidämpfereinrichtungen mit den Trägerblechen in Wirkverbindung stehen.
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Die Trägerbleche stellen vorzugsweise Adapterelemente zwischen herkömmlich ausgeführten Längslenkern einer Verbundlenkerachse und den FKV- bzw. GFK-Bauteilen sowie den Radträgern dar, womit die Implementierung des erfindungsgemäßen Gegenstandes auf einfache Art und Weise in bestehende Verbundlenkerachssysteme realisierbar ist.
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Sind die Anschraubplatten in mit den Federkoppelelementen zusammenwirkenden Bereichen abgerundet ausgeführt, sind unzulässig hohe Scherspannungen im Bereich der FKV-Bauteile mit geringem Aufwand vermeidbar.
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Verlaufen die Lagerachsen der Hauptlager der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse im Wesentlichen in Längsrichtung des Querprofils, ist die Verbundlenkerachse mit gewünscht hoher Quersteifigkeit ausführbar.
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Die Radträger sind bei einer mit geringem Aufwand herstellbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse mit integrierten Achszapfen ausgebildet, womit die Radträger jeweils als Gussbauteile, vorzugsweise aus Gusseisen mit Kugelgrafit, herstellbar sind.
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Die Dämpferelemente der Gummidämpfereinrichtungen sind bei einer einfach montierbaren Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse mit geringem Aufwand in die zu montierende Position verbringbar, wenn die Trägerbleche mit taschenförmigen Aufnahmebereichen für die Gummilagen der Dämpferelemente ausgebildet sind.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgenden Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt:
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1 eine dreidimensionale Ansicht einer Verbundlenkerachse mit Bremsanlagen;
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2 die Verbundlenkerachse gemäß 1 ohne Bremsanlagen;
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3 eine vergrößerte Ansicht eines in 1 näher gekennzeichneten Bereiches III der Verbundlenkerachse gemäß 1 in einer Explosionsdarstellung;
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4 eine vergrößerte Ansicht eines in 2 näher gekennzeichneten Bereiches IV der Verbundlenkerachse gemäß 2 in einer Explosionsdarstellung;
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5 eine vergrößerte dreidimensionale Einzelansicht einer Gummidämpfereinrichtung der Verbundlenkerachse gemäß 1 bzw. gemäß 2;
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6 die Gummidämpfereinrichtung gemäß 5 aus einer in 5 näher gekennzeichneten Ansicht gemäß VI; und
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7 eine weitere vergrößerte dreidimensionale Einzelansicht der Gummidämpfereinrichtung der Verbundlenkerachse gemäß 1 bzw. gemäß 2.
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1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer Verbundlenkerachse 1 eines Fahrzeuges, die eine nicht lenkbare Fahrzeughinterachse darstellt. Die Verbundlenkerachse 1 umfasst zwei sich in Fahrzeuglängsrichtung x erstreckende Längslenker 2, 3, die fest mit einem sich in Fahrzeugquerrichtung y erstreckenden Querprofil 4, vorzugsweise über Verschweißen, verbunden sind. Im Bereich der Längslenker 2, 3 ist jeweils ein Hauptlager 5, 6 vorgesehen, über die die Längslenker 2, 3 und damit auch das Querprofil 4 fest mit einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Fahrzeugkarosserie in an sich bekannter Art und Weise verbindbar sind. Im Bereich von zu den Hauptlagern 5 und 6 abgewandten Endbereichen 7, 8 sind die Längslenker 2, 3 mit Radträgern 9, 10 in der später näher beschriebenen Art und Weise gekoppelt. Die Radträger 9, 10 sind vorliegend über jeweils ein als FKV-Bauteil (Faser-Kunststoff-Verbund) ausgeführtes Federkoppelelement 13, 14, insbesondere über ein sogenanntes GFK(glasfaserverstärkter Kunststoff)-Bauteil, mit den Längslenkern 2, 3 verbunden. Zusätzlich sind im Bereich der Radträger 9, 10 Bremsanlagen 15, 16 montiert.
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In 2 ist die Verbundlenkerachse 1 gemäß 1 ohne die Bremsanlagen 15, 16 dargestellt, weshalb 2 die Bauteilgestaltungen der Radträger 9, 10, der GFK-Bauteile 13, 14 und auch von zwischen den Längslenkern 2, 3 und den Radträgern 9, 10 sowie zwischen den GFK-Bauteilen 13, 14 und den Längslenkern 2, 3 angeordneten Trägerblechen 17, 18 in besserem Umfang als 1 wiedergibt. 3 und 4 zeigen jeweils eine Explosionsdarstellung von in 1 bzw. in 2 jeweils näher gekennzeichneten Bereichen III bzw. IV der Verbundlenkerachse 1 gemäß 1 bzw. gemäß 2.
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Zugunsten der Übersichtlichkeit werden die verschiedenen Teile der Verbundlenkerachse 1 gemäß 1 bzw. gemäß 2 nachfolgend im Wesentlichen lediglich anhand der in 3 und 4 gezeigten Teilbereiche der Verbundlenkerachse 1 gemäß 1 bzw. 2 weiter beschrieben, da die Verbundlenkerachse 1 im Wesentlichen bezüglich einer Fahrzeugmitte symmetrisch aufgebaut ist.
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Das die Verbindung zwischen dem Radträger 10, der bei einer kostengünstigen Ausführung der Verbundlenkerachse 1 als Gussbauteil mit integriertem Achszapfen 48 ausgebildet ist, und dem Längslenker 3 herstellende Trägerblech 18 besteht vorliegend aus schweißbarem Stahl und ist somit ebenfalls mit geringen Fertigungskosten herstellbar. Während der Herstellung des Trägerblechs 18 wird zunächst die grobe Form des Trägerblechs ausgestanzt oder mittels Laserverfahren ausgeschnitten. Wiederum während eines darauf folgenden Umformschrittes werden die Abkantungen des Trägerblechs 18 hergestellt, wobei dies eventuell während eines Warmumformvorganges realisierbar ist. Aus Festigkeitsgründen sind an dem Trägerblech 18 vorzugsweise Versteifungsrippen und/oder Rohrausschnitt anschweißbar, um höhere Bauteilspannungen abbauen zu können. Abschließend wird das Trägerblech während spanender Fertigungsschritte, wie Bohren und Gewindeschneiden fertig gestellt. Den letzten Bearbeitungsschritt stellt das Fügen des Trägerblechs 18 mit dem Längslenker 3 dar, wobei das Trägerblech 18 am Längslenker 3 angeschweißt wird.
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Das einen wesentlichen Beitrag zum Längskomfort bzw. Fahrkomfort beitragende GKF-Bauteil 14 ist gezielt einfach gestaltet, um auch die Fertigbarkeit zu gewährleisten. Dabei stellen die Form, das Material und auch die Wandstärke des GFK-Bauteiles 14 die Hauptparameter für die Nachgiebigkeit des GFK-Bauteils 14 dar. Aufgrund der gewünscht hohen Nachgiebigkeit ist das GFK-Bauteil 14 mit geringen Wandstärken ausgeführt und deshalb auch hohen Spannungen ausgesetzt. Durch die Ausführung des GFK-Bauteils 14 aus glasfaserverstärktem Kunststoff besitzt dieses ein anisotropes und damit ein richtungsabhängiges Verhalten, das vorliegend sowohl mechanische als auch thermodynamische Eigenschaften betrifft. Über das GFK-Bauteil 14 ist damit eine in Fahrzeuglängsrichtung die gewünschte Längsnachgiebigkeit bei gleichzeitig hoher Quersteifigkeit der Verbundlenkerachse 1 darstellbar.
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Die Gummidämpfereinrichtung 12 umfasst vorliegend zwei in Längsrichtung des Längslenkers 3 zueinander beabstandete mehrlagige Dämpferelemente 19, 20. Das Dämpferelement 19 der Gummidämpfereinrichtung 12 ist in Längsrichtung des Längslenkers 3 bzw. in Fahrzeuglängsrichtung x vor der Radachse 21 des Radträgers 10 und das andere Dämpferelement 20 ist hinter der Radachse 21 des Radträgers 10 angeordnet. Damit stellt sich eine später näher beschriebene Kinematik der Verbundlenkerachse 1 ein und es wird ein sich bei anliegenden Bremskräften oder Seitenkräften für eine hohe Fahrsicherheit erforderliches Eigenlenkverhalten der Verbundlenkerachse 1 in gewünschtem Umfang unterstützt.
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Das GFK-Bauteil 14 weist einen im Wesentlichen in Längsrichtung des Längslenkers 3 verlaufenden und zwischen Stegen 14A, 14B des Federkoppelelementes 14 angeordneten Mittenbereich 14C auf, in dessen Bereich der Radträger 10 am GFK-Bauteil 14 angebunden ist. Der in Bezug auf die Fahrzeuglängsrichtung x vordere Steg 14A ist zwischen dem Hauptlager 6 und der Radachse 21 des Radträgers 10 und der hintere Steg 14B ist auf der dem Hauptlager 6 abgewandten Seite der Radachse 21 des Radträgers 10 zwischen dem Mittenbereich 14C des Federkoppelelementes 14 und dem Längslenker 3 verlaufend angeordnet. Dabei ist der vordere Steg 14A des Federkoppelelementes 14 kürzer als der hintere Steg 14B ausgebildet. Zusätzlich steigt die Höhe der Stege 14A, 14B ausgehend vom Mittenbereich 14C in Richtung des Längslenkers 3 an.
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Die Dämpferelemente 19 und 20 weisen in der in 5 bis 7 dargestellten Art und Weise jeweils zwischen zwei Gummilagen 19A1 und 19A2 bzw. 19A2 und 19A3 bzw. 20A1 und 20A2 bzw. 20A2 und 20A3 bzw. 20A3 und 20A4 jeweils eine Blechlage 19B1 bzw. 19B2 und 20B1 bzw. 20B2 bzw. 20B3 auf, wobei die Gummilagen und die Blechlagen vorliegend jeweils durch vulkanisieren fest miteinander verbunden sind und bei weiteren Ausführungsformen der Verbundlenkerachse auch beispielsweise durch Verkleben oder dergleichen miteinander verbunden sein können. Die Federsteifigkeit des dem Hauptlager 6 zugewandten Dämpferelementes 19 ist kleiner als die Federsteifigkeit des Dämpferelementes 20, weshalb das weichere Dämpferelement 19 mit drei Gummilagen 19A1 bis 19A3 und mit den jeweils dazwischen angeordneten zwei Stahlblechlagen 19B1 und 19B2 vulkanisiert ist, während das härtere Dämpferelement 20 die vier Gummilagen 20A1 bis 20A4 und die jeweils dazwischen vorgesehenen drei Stahlblechlagen 20B1 bis 20B3 umfasst.
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Neben den Dämpferelementen 19 und 20 weist die Gummidämpfereinrichtung 12 eine sogenannte Anschraubplatte 22 auf, die aus einem zugeschnittenen Flachstahl hergestellt ist und mit Gewindebohrungen sowie Radien im Bereich der Kanten ausgeführt ist. Aufgrund der guten Zerspanbarkeit und den geringen Herstellkosten ist die Anschraubplatte 22 vorliegend aus einfachem Stahl gefertigt.
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Während der Fertigung der Anschraubplatte 22 der Verbundlenkerachse 1 wird zunächst ein Halbzeugflachstahl zu passenden Längen zugeschnitten und im Anschluss kostengünstig spanend bearbeitet. Zur Reduzierung von Lagerhaltungskosten werden die Gummilagen 19A3 und 20B3 vorzugsweise direkt an die Anschraubplatte 22 anvulkanisiert. Da die Anschraubplatte 22 in direktem Kontakt mit dem Mittenbereich 14C des GFK-Bauteils 14 steht, ist die Anschraubplatte 22 im Anlagebereich mit dem Mittenbereich 14C abgerundet bzw. mit Radien ausgeführt, womit auf einfache Art und Weise unzulässig hohe Scherspannungen im Bereich des GFK-Bauteiles 14 vermieden werden.
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Das GFK-Bauteil 14 ist über zwei winkelig zueinander angeordnete Verbindungsbereiche 25, 26 jeweils oberhalb und unterhalb der Radachse 21 des Radträgers 10 über Schraubverbindungen 24A, 24B mit dem Trägerblech 18 und damit mit dem Längslenker 3 verbunden. Die Verbindungsbereiche 25, 26, die im Wesentlichen den Steg 14A des GFK-Bauteiles 14 darstellen, erstrecken sich in Querrichtung y des Querprofils 4 bzw. in Fahrzeugquerrichtung y zwischen dem Mittenbereich 14C des GFK-Bauteils 14 und dem Längslenker 3. Zusätzlich steht auch die Gummidämpfereinrichtung 12 mit dem Trägerblech 18 in Wirkverbindung, wobei das Trägerblech 18 mit taschenförmigen Aufnahmebereichen 18A, 18B für die dem Trägerblech 18 zugewandten Gummilagen 19A3 bzw. 20A4 der Dämpferelemente 19 und 20 ausgebildet ist. Zusätzlich ist das GFK-Bauteil 14 im Bereich des Steges 14B über weitere Schraubverbindungen 25A bis 25C mit dem Trägerblech 18 verschraubt.
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Der Radträger 10 ist vorliegend über vier Schraubverbindungen 26A bis 26D durch den Mittenbereich 14C des GFK-Bauteiles 14 hindurch mit der Anschraubplatte 22 der Gummidämpfereinrichtung 12 verschraubt und damit über das GFK-Bauteil 14 sowohl mit dem Trägerblech 18 als auch mit dem Längslenker 3 fest verbunden.
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Um im Bereich der Verbundlenkerachse 1 einen für einen hohen Fahrkomfort erforderliche Längsnachgiebigkeit darstellen zu können, ist das GFK-Bauteil 14 in der in der Zeichnung dargestellten Art und Weise insbesondere im Bereich der Stege 14A und 14B mit in Bezug auf die in Fahrzeugquerrichtung vorgesehene Länge der Stege 14A und 14B vergleichsweise geringen Wandstärken ausgebildet. Dadurch weist das GFK-Bauteil 14 in Fahrzeuglängsrichtung x eine hierfür geeignete weiche Kennlinie auf.
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Greifen am Radträger 10 in Fahrzeuglängsrichtung x Längskräfte an, wird der Radträger 10 in Fahrzeuglängsrichtung x gegenüber dem Längslenker 3 verschoben. Dabei wird das GFK-Bauteil 14 reversibel verformt und es werden auf einfache Art und Weise Radstandsänderungen zwischen Rädern einer Fahrzeugvorderachse und der Verbundlenkerachse ermöglicht. Derartige Längenänderungen zwischen den Radaufstandspunkten der Räder der Fahrzeugvorderachse und der Verbundlenkerachse 1 verbessern den Fahrkomfort, da ein mit der Verbundlenkerachse 1 ausgeführtes Fahrzeug horizontalen Stößen ausweicht und mit einem verbesserten Abrollkomfort zur Verfügung stellbar ist. Die gewünschte Radstandsänderung bzw. die gewünschte Längsnachgiebigkeit der Verbundlenkerachse 1 wird durch das als Federelement wirkende GFK-Bauteil 14 ermöglicht, welches bei Anliegen horizontaler Kräfte bzw. bei Anliegen von Längskräften am Radträger 10 im Bereich der Stege 14A und 14B entsprechend verformt wird.
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Das GFK-Bauteil 14 wird während einer Längsverschiebung des Radträgers 10 gegenüber dem Längslenker 3 über die Verschraubungen 24A und 24B, die Verschraubungen 25A bis 25C und über die Verschraubungen 26A bis 26D gehalten und aufgrund seiner Federeigenschaften verformt. Die auftretende Verformung des GFK-Bauteiles 14 bewirkt eine Reduzierung des Abstandes zwischen dem Mittenbereich 14C des GFK-Bauteiles 14 und somit auch des Radträgers 10 und dem Längslenker 3 in Fahrzeugquerrichtung y.
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Der Radträger 10 wird aufgrund der Längsnachgiebigkeit der Verbundlenkerachse 1 bei Anliegen einer Längskraft im Verbindungsbereich zwischen dem Radträger 10 und dem Längslenker 3 und aufgrund der unterschiedlichen Schenkellängen der Stege 14A und 14B derart verschwenkt, dass sich im Bereich der Verbundlenkerachse 1 sowohl eine Vorspur als auch negativer Sturz einstellt. Sowohl die Vorspur als auch ein negativer Sturz verbessern insbesondere während Kurvenfahrten eine Querführung im Bereich der Verbundlenkerachse 1 und wirken zusätzlich Übersteuertendenzen entgegen. Hierfür schwenkt ein dem Hauptlager 6 zugewandter vorderer Bereich 14C1 des Mittenbereiches 14C stärker in Richtung des Längslenkers 3 ein als der dem Hauptlager 6 abgewandte Bereich bzw. hintere Bereich 14C2 des Mittenbereiches 14C, wenn der Radträger 10 gegenüber dem Längslenker 3 in Fahrzeuglängsrichtung x in Richtung eines Fahrzeughecks 47 bzw. in Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten gegenüber dem Längslenker 3 verschoben wird.
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Die zwischen dem Federkoppelelement 14 bzw. dessen Mittenbereich 14C und dem Längslenker 3 bzw. dem damit fest verbundenen Trägerblech 18 vorgesehene Gummidämpfereinrichtung 12 wird bei einer den Abstand in Fahrzeugquerrichtung y bzw. in Längsrichtung des Querprofils 4 zwischen dem Radträger 10 und dem Längslenker 3 verringernden Verformung der Stege 14A und 14B verformt und wirkt einer solchen Verformung der Stege 14A und 14B aufgrund ihrer anisotropen Federeigenschaften in gewünschtem Umfang entgegen. Die Gummidämpfereinrichtung 12 weist in Fahrzeugquerrichtung y eine hohe Steifigkeit auf, während die Gummidämpfereinrichtung 12 in Fahrzeuglängsrichtung x eine weiche Kennlinie hat. Da sich während einer Kinematikanalyse herausgestellt hat, dass ein zumindest leichter Federsteifigkeitsunterschied zwischen den Dämpferelementen 19 und 20 eine Verbesserung der Kinematik erzielbar ist, ist das Dämpferelement 19 weicher als das Dämpferelement 20 ausgeführt, um bei angreifenden Brems- und Querkräften das vorbeschriebene Schwenkverhalten des Radträgers 10 zur Darstellung einer Vorspur und eines negativen Sturzes zu gewährleisten.
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Im lastfreien Betriebszustand der Verbundlenkerachse 1 liegen die Dämpferelemente 19 und 20 einenends über die Anschraubplatte 22 spaltfrei am GFK-Bauteil 14 an und anderenends in den positionssichernden Frästaschen bzw. taschenförmigen Aufnahmebereichen 18A, 18B des Trägerblechs 18 an dem Trägerblech 18 an. Greift am Radträger 10 eine in Richtung des Fahrzeughecks 47 gerichtete Längskraft an, wird der Radträger 10 gegenüber dem Längslenker 3 entgegen der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten verschoben. Dies bewirkt, dass die Dämpferelemente 19 und 20 bzw. dessen Gummilagen 19A1 bis 19A3 bzw. 20A1 bis 20A4 sowohl in Fahrzeugquerrichtung y als auch in Fahrzeuglängsrichtung x zunehmend verformt werden. Diese Verformung der Dämpferelemente 19 und 20 und die gleichzeitige Verformung des GFK-Bauteiles 14 schreitet so lange fort, bis im Bereich der Dämpferelemente 19 und 20 und des GFK-Bauteils 14 eine der angreifenden Längskraft entgegenwirkende Gegenkraft vorliegt, die ein weiteres Verschieben des Radträgers 10 entgegen der Fahrzeuglängsrichtung x sowie ein weiteres Verschwenken des Radträgers 10 begrenzt. Während der Verformung der Gummilagen 19A1 bis 19A3 bzw. 20A1 bis 20A4 steigen die Federkonstanten der Gummilagen 19A1 bis 19A3 und 20A1 bis 20A4 progressiv an, womit die Längsnachgiebigkeit der Verbundlenkerachse 1 mit zunehmender Verformung der Dämpferelemente 19 und 20 in gewünschtem Umfang mit stetig ansteigendem Verlauf begrenzt wird.
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Das GFK-Bauteil 14 ist in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles unter anderem mittels eines sogenannten Prepreg- oder mittels eines sogenannten Resin-Transfer-Moulding-Verfahrens, kurz RTM-Verfahren, herstellbar. Während eines Prepreg-Verfahrens werden vorimprägnierte Endlosfasern, egal ob unidirektional oder multiaxial, zunächst passend zugeschnitten, anschließend in ein formgebendes Werkzeug gelegt und dort in Form gepresst und gehärtet.
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Im Unterschied hierzu werden während eines RTM-Verfahrens zurechtgeschnittene und gelegte Glasfasern zunächst in einer Preform abgelegt. Die Faserorientierungen können durch Näh- und Stickverfahren der Preforms den Lastfällen jeweils im gewünschten Umfang angepasst werden. Nach Einlegen der Fasern wird das Werkzeug geschlossen und es wird die Harzmatrix injiziert. Im Anschluss daran wird das GFK-Bauteil 14 unter Hitze und Druck ausgehärtet. Aufgrund einer guten Automatisierbarkeit und guten Taktzeiten erfüllen RTM-Verfahren die hohen Anforderungen im Automobilbau.
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Durch die im Verbindungsbereich zwischen den Radträgern 9, 10 und den Längslenkern 2, 3 vorliegende Längsnachgiebigkeit der Verbundlenkerachse 1 besteht die Möglichkeit, die Hauptlager 5, 6 in Fahrzeugquerrichtung y härter auszuführen und somit fahrdynamische und fahrsicherheitstechnische Nachteile durch zu weiche Hauptlager zu verhindern. Die optimierten Hauptlager 5, 6, deren Lagerachsen 49, 50 in Fahrzeugquerrichtung y verlaufen, sind jeweils mit einer Innenhülse, mit einer Außenhülse und mit einem dazwischen vorgesehenen Gummielement ausführbar.
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Damit sich die Quersteifigkeit der Verbundlenkerachse 1 bei anliegender Seitenkraft erhöht, ist die Gummilagerkennung der Hauptlager 5, 6 in Fahrzeughochrichtung z optimiert und stark progressiv einstellbar. Die Progression ist beispielsweise über Gummianschläge rechts und links der Hauptlager 5, 6 erzeugbar. Außerdem werden durch die Queranordnung der Hauptlager 5, 6 die bei schräg angestellten Hauptlagern auftretenden unvorteilhaften kardanischen Bewegungen der Verbundlenkerachse 1 unterbunden, womit mit geringem Aufwand eine längere Lebensdauer der Hauptlager 5, 6 erreicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbundlenkerachse
- 2, 3
- Längslenker
- 4
- Querprofil
- 5, 6
- Hauptlager
- 7, 8
- Endbereich
- 9, 10
- Radträger
- 11, 12
- Gummidämpfereinrichtung
- 13, 14
- FKV- bzw. GFK-Bauteil
- 14A, 14B
- Steg
- 14C
- Mittenbereich
- 15, 16
- Bremsanlage
- 17, 18
- Trägerblech
- 18A, 18B
- taschenförmiger Aufnahmebereich
- 19, 20
- Dämpferelement
- 19A1 bis 19A3
- Gummilage
- 19B1, 19B2
- Blechlage
- 20A1 bis 20A4
- Gummilage
- 20B1 bis 20B3
- Blechlage
- 21
- Radachse
- 22
- Anschraubplatte
- 24A, 24B
- Schraubverbindung
- 25
- Verbindungsbereich
- 25A bis 25C
- weitere Schraubverbindung
- 26
- Verbindungsbereich
- 26A bis 26D
- Schraubverbindung
- 47
- Fahrzeugheck
- 48
- Achszapfen
- 49, 50
- Lagerachse des Hauptlagers
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- y
- Fahrzeugquerrichtung
- z
- Fahrzeughochrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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