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Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Im Allgemeinen stellen Verbundlenkerachsen für Kraftfahrzeuge einen Kompromiss zwischen wirtschaftlichen Vorgaben und der Anforderung hinsichtlich Fahrsicherheit, Fahrkomfort und Fahrdynamik dar. Eine aus der
DE 10 2008 062 780 A1 bekannte Verbundlenkerachse umfasst zwei einen Abstand zueinander aufweisende Längslenker, die über Hauptlager mit einem Fahrzeugaufbau verbunden sind. Zusätzlich ist an jedem Längslenker jeweils ein Radträger angebunden, an denen jeweils ein Fahrzeugrad drehbar gelagert ist. Zwischen den Längslenkern erstreckt sich ein torsionsweicher aber biegesteifer Querträger, an welchem wiederum die Längslenker befestigt sind. Die Radträger sind jeweils über drei passive Gummilager mit den Längslenkern wirkverbunden, um eine für einen hohen Fahrkomfort erforderliche Längsnachgiebigkeit im Bereich der Verbundlenkerachse darstellen zu können.
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Problematisch ist jedoch, dass die die gewünschte Längsnachgiebigkeit zur Verfügung stellende Anbindung der Radträger an die Längslenker über die Gummilager eine für die Fahrsicherheit erforderliche hohe Quersteifigkeit der Verbundlenkerachse beeinträchtigt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbundlenkerachse zur Verfügung zu stellen, die konstruktiv einfach ausgeführt ist, kostengünstig herstellbar ist und sowohl eine für einen hohen Fahrkomfort erforderliche Längsnachgiebigkeit als auch eine für eine Fahrsicherheit notwendige Quersteifigkeit zur Verfügung stellt.
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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 für ein Fahrzeug, die vorzugsweise eine nicht lenkbare Fahrzeughinterachse ist, 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 wenigstens eine Gummilagereinrichtung mit den Längslenkern verbunden.
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Erfindungsgemäß sind die Radträger zusätzlich über jeweils ein FKV-Bauteil (Faser-Kunststoff-Verbund), insbesondere über ein GFK-(glasfaserverstärkter Kunststoff)-Bauteil, mit den Längslenkern verbunden.
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Faser-Kunststoff-Verbundbauteile bestehen im Wesentlichen aus zwei Komponenten. Eine Komponente ist jeweils die Faser, die mit der zweiten Komponente, der polymeren Matrix, kombiniert wird. Dabei ist eine Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten von Matrix und Fasern, wie einem Glasfaser-Kunststoff-Verbund, möglich.
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Grundsätzlich wird zwischen unidirektionalen Schichten und Mehrschichtverbundbauteilen unterschieden. Bei der unidirektionalen Schicht, die auch oft Einzelschicht genannt wird, verlaufen die Fasern, ideal verteilt und parallel in eine Richtung. Ein Mehrschichten-Verbund ist somit folglich aus mehreren unidirektionalen Schichten aufgebaut
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Die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse umfasst eine Kombination aus einem flexiblen FKV-Bauteil, insbesondere einem GFK-Bauteil, und einer Gummilagereinrichtung. Kennlinien der Gummilagereinrichtung und des FKV-Bauteils sind jeweils in Einbaulage der Verbundlenkerachse in Fahrzeuglängsrichtung weich ausführbar. Zusätzlich ist über die Gummilagereinrichtungen und die FKV-Bauteile jeweils in Fahrzeugquerrichtung eine steife Anbindung der Radträger an den Längslenkern darstellbar, womit ein mit der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse ausgeführtes Fahrzeug mit einem gewünscht hohen Fahrkomfort und einer hohen Fahrsicherheit auf konstruktiv einfache und kostengünstige Art und Weise betreibbar ist.
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Dabei wird der Längskomfort eines Fahrzeuges besonders durch die FKV- bzw. GKV-Bauteile als Federelemente verbessert, ohne eine Quersteifigkeit der Verbundlenkerachse zu beeinträchtigen. Die Form, das Material und die Wandstärke der FKV-Bauteile stellen die wesentlichen Parameter dar, über die die Längsnachgiebigkeit bzw. Flexibilität der FKV-Bauteile in Längsrichtung einstellbar sind. Aufgrund des geringen E-Moduls und der hohen Bruchdehnung ist insbesondere ein glasfaserverstärkter Kunststoff als Werkstoff für die Gestaltung jeweils eines einen Längslenker mit einem Radträger in gewünschtem Umfang verbindenden Federelementes geeignet.
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Verlaufen die Lagerachsen der Gummilagereinrichtungen im Wesentlichen in Längsrichtung der Längslenker, sind auch im Bereich der Gummilagereinrichtungen jeweils eine gewünscht hohe Längsnachgiebigkeit bei gleichzeitig hoher Quersteifigkeit der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse zur Verfügung stellbar.
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Die Gummilagereinrichtungen umfassen jeweils wenigstens zwei Gummilager, wobei jeweils eines der Gummilager zwischen einem Radträger und einem Längslenker oberhalb einer Radachse eines Radträgers und das andere Gummilager unterhalb der Radachse des betreffenden Radträgers angeordnet ist. Im Bereich eines Radträgers angreifende Radkräfte sind in gewünschtem Umfang in den Längslenker und von dort in eine damit verbundene Fahrzeugkarosserie einerseits mit einer gewünscht hohen Längsnachgiebigkeit und andererseits mit einer für eine hohe Fahrsicherheit erforderlichen Quersteifigkeit der Verbundlenkerachse einleitbar. Die Radträger und die damit verbundenen Räder gehen bei angreifenden Quer- und Bremskräften durch die geeignete Anbindung der Radträger an den Längslenkern in eine Vorspur über, wodurch Übersteuertendenzen entgegengewirkt wird.
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Eine Vorspur liegt dann im Bereich eines Rades vor, wenn der Abstand zwischen 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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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse sind die Gummilager jeweils mit wenigstens einem Anschlagelement ausgeführt, über welche jeweils eine Relativbewegung in Längsrichtung der Längslenker zwischen den Radträgern und den Längslenkern begrenzbar sind. Damit ist auf konstruktiv einfache Art und Weise gewährleistet, dass im Bereich der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse einerseits eine für einen gewünscht hohen Fahrkomfort erforderliche Längsnachgiebigkeit zur Verfügung stellbar ist und andererseits über jeweils eine über die Anschlagelemente realisierte Begrenzung der Längsnachgiebigkeit im Bereich der Gummilagereinrichtung eine Progression erzeugt wird, über die die Längsnachgiebigkeit im Bereich der Verbundlenkerachse und auch ein Schwenkwinkel des Radträgers gegenüber dem Längslenker begrenzt werden.
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Ist jeweils eines der Gummilager einer Gummilagereinrichtung in Längsrichtung der Längslenker vor der Radachse eines zugeordneten Radträgers und das jeweils andere Gummilager hinter der Radachse des zugeordneten Radträgers angeordnet, ist eine Kinematik der Verbundlenkerachse auf konstruktiv einfache Art und Weise im 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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Hierfür sind die FKV- bzw. GKV-Bauteile bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse jeweils im Wesentlichen auf Höhe der Radachsen der Radträger über einen sich in Längsrichtung der Längslenker erstreckenden Verbindungsabschnitt formschlüssig mit den Radträgern verbunden.
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Weisen die FKV- bzw. GFK-Bauteile jeweils wenigstens zwei winkelig zueinander angeordnete Verbindungsbereiche auf, über die die FKV- bzw. GFK-Bauteile jeweils oberhalb und unterhalb der Radachsen der Radträger mit den Längslenkern verbunden sind und die sich jeweils wenigstens annähernd in Querrichtung des Querprofils zwischen dem Verbindungsabschnitt und der FKV- bzw. GFK-Bauteile 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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Sind die unterhalb der Radachsen mit den Längslenkern verbundenen Verbindungsbereiche der FKV- bzw. GFK-Bauteile mit höherer Festigkeit ausgeführt als die oberhalb der Radachsen mit den Längslenkern gekoppelten Verbindungsbereiche der FKV- bzw. GFK-Bauteile, ist die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse wiederum mit geringem Aufwand mit der für einen hohen Fahrkomfort erforderlichen Längsnachgiebigkeit bei gleichzeitig hoher Quersteifigkeit zur Verfügung stellbar.
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Die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse steht auch dann mit der gewünschten Kinematik zur Verfügung, wenn die Verbindungsbereiche zwischen den FKV- bzw. den GFK-Bauteilen und den Längslenkern jeweils zwischen den Hauptlagern und den Verbindungsbereichen zwischen den Radträgern und den Längslenkern vorgesehen sind, die die Gummilagereinrichtungen umfassen. Insbesondere stellt sich im Bereich der Verbundlenkerachse bei dieser Ausführungsform bei angreifenden Seiten- und Bremskräften wiederum eine Vorspur ein, ohne dabei die gewünscht hohe Längsnachgiebigkeit und die entsprechend hohe Quersteifigkeit der Verbundlenkerachse zu beeinträchtigen bzw. zu beeinflussen.
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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 Gummilagereinrichtungen und die FKV- bzw. GFK-Bauteile mit den Trägerblechen gekoppelt sind. 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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Um die Radträger mit einer gewünscht hohen Festigkeit mit den FKV- bzw. GFK-Bauteilen verbinden zu können, weisen diese jeweils wenigstens annähernd Uförmige Aufnahmebereiche für die FKV- bzw. GFK-Bauteile auf. Wenigstens mit den FKV- bzw. GFK-Bauteilen zusammenwirkende freie Enden der U-förmigen Bereiche sind abgerundet ausführbar, um im Anlagebereich zwischen den Radträgern und den FKV- bzw. GFK-Bauteilen im Betrieb der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse allzu starke Scherbelastungen zu vermeiden.
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Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass zwischen den Radträgern und den FKV- bzw. GFK-Bauteilen jeweils formschlüssige, keilförmige Verbindungen vorgesehen sind, die zusätzlich mit zwei Schraubverbindungen gesichert sind, um eine entsprechend hohe Festigkeit im Verbindungsbereich zwischen den Radträgern und den GFK-Bauteilen zu erreichen.
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Verlaufen die Lagerachsen der Hauptlager der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse im Wesentlichen in Längsrichtung des Querprofils, d. h. in Einbaulage der Verbundlenkerachse in Fahrzeugquerrichtung, ist die Verbundlenkerachse mit gewünscht hoher Quersteifigkeit ausführbar.
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Bei einer konstruktiv einfachen und kostengünstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse umfassen die Gummilager jeweils wenigstens eine Innenhülse, ein auf die Innenhülse aufvulkanisiertes Gummielement und eine das Gummielement umgebende Außenhülse.
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Die Radträger sind bei einer mit geringem Aufwand herstellbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse mit einem integrierten Achszapfen ausgebildet, womit die Radträger jeweils als Gussbauteile, vorzugsweise aus Gusseisen mit Kugelgrafit, herstellbar sind.
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Da der Radträger sämtliche Kräfte von dem damit verbundenen Reifen in die Verbundlenkerachse einleitet und daher stark belastet ist, ermöglicht eine Gusskonstruktion, bei der formschlüssige Verbindungsstellen zu den GFK-Bauteilen leichter in die Gusskonstruktion einbringbar ist und weniger Zerspanungskosten verursacht, eine kostengünstige und belastungsgerechte Gestaltung.
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Bei einer einfach montierbaren und durch eine geringe Bauteilanzahl gekennzeichneten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse sind die Trägerbleche mit U-förmigen Aufnahmebereichen für die Gummilager ausgebildet, wobei Schenkel der U-förmigen Bereiche mit gummiartigen Endanschlägen der Gummilager zusammenwirken, um die für den Fahrkomfort gewünschte Längsnachgiebigkeit der Verbundlenkerachse auf ein für die Fahrsicherheit erforderliches Maß mit geringem Aufwand begrenzen zu können.
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Die Gummilager sind bei einer ebenfalls einfach montierbaren und durch eine geringe Bauteilanzahl gekennzeichneten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse in Lageraugen der Radträger angeordnet.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen 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 Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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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 Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Verbundlenkerachse aus einer in 2 näher gekennzeichneten Richtung V;
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6 eine vergrößerte dreidimensionale Einzelansicht eines Gummilagers einer Gummilagereinrichtung der Verbundlenkerachse gemäß 1 bzw. gemäß 2; und
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7 das Gummilager gemäß 6 aus einer in 6 näher gekennzeichneten Ansicht VII.
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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 jeweils über eine Gummilagereinrichtung 11, 12 und zusätzlich über jeweils ein FKV-Bauteil (Faser-Kunststoff-Verbund), insbesondere ein sogenanntes GFK-Bauteil (Glasfaserverstärkter Kunststoff) 13, 14 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 III und IV 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 und dem Längslenker 3 herstellende Trägerblech 18 besteht vorliegend aus schweißbarem Stahl und ist somit kostengünstig herstellbar. Während der Herstellung des Trägerblechs 18 wird zunächst die grobe Form des Trägerblechs ausgestanzt oder mittels Laserverfahren ausgeschnitten. 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 Rohrausschnitte 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 vorzugsweise 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 anisotropisches 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 gewährleistbar.
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Die Gummilagereinrichtung 12 umfasst vorliegend zwei Gummilager 19, 20. Das Gummilager 19 ist zwischen dem Radträger 10 und dem Längslenker 3 oberhalb einer Radachse 21 des Radträgers 10 und das andere Gummilager 20 ist unterhalb der Radachse 21 des Radträgers 10 angeordnet. Zusätzlich ist das Gummilager 19 der Gummilagereinrichtung 12 in Längsrichtung des Längslenkers 3 bzw. in Fahrzeuglängsrichtung x vor der Radachse 21 des Radträgers 10 und das andere Gummilager 20 hinter der Radachse 21 des Radträgers 10 angeordnet. Damit ist eine später näher beschriebene Kinematik der Verbundlenkerachse 1 gegeben bzw. wird ein sich bei anliegenden Bremskräften oder Seitenkräften für eine hohe Fahrsicherheit einstellendes Eigenlenkverhalten der Verbundlenkerachse 1 in gewünschtem Umfang unterstützt.
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Zusätzlich ist das GFK-Bauteil 14 im Wesentlichen auf Höhe der Radachse 21 über einen sich in Längsrichtung des Längslenkers 3 bzw. in Fahrzeuglängsrichtung x erstreckenden Verbindungsabschnitt 22 formschlüssig mit dem Radträger 10 verbunden, der hierfür einen wenigstens annähernd U-förmigen Aufnahmebereich 23 aufweist. Mit dem GFK-Bauteil 14 zusammenwirkende freie Enden 23A, 23B des Uförmigen Aufnahmebereiches 23 des Radträgers 10 sind abgerundet ausgeführt, um unzulässig hohe Scherspannungen im Bereich des GFK-Bauteiles 14 zu vermeiden.
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Der Verbindungsabschnitt 22 des GFK-Bauteiles 14 bzw. dessen Wandstärke steigt ausgehend von den freien Enden 23A, 23B des Aufnahmebereiches 23 in Richtung der Radachse 21 an, womit zwischen dem Aufnahmebereich 23 und dem GFK-Bauteil 14 bzw. dem Verbindungsabschnitt 22 eine keilförmige bzw. formschlüssige Verbindung vorliegt, die zusätzlich über eine Schraubverbindung 24 gesichert ist.
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Neben dem U-förmigen Aufnahmebereich 23 ist das GFK-Bauteil 14 über zwei winkelig zueinander angeordnete Verbindungsbereiche 25, 26 jeweils oberhalb und unterhalb der Radachse 21 des Radträgers 10 mit dem Trägerblech 18 und damit mit dem Längslenker 3 verbunden. Die Verbindungsbereiche 25, 26 erstrecken sich in Fahrzeugquerrichtung y bzw. in Längsrichtung des Querprofils 4 zwischen dem Verbindungsabschnitt 22 des GFK-Bauteils 14 und dem Längslenker 3. Die Verbindungsbereiche zwischen dem GFK-Bauteil 10 und dem Längslenker 3 sind jeweils zwischen dem Hauptlager 6 und den Verbindungsbereichen zwischen dem Radträger 10 und dem Längslenker 3 vorgesehen, die die Gummilagereinrichtung 12 bzw. die Gummilager 19, 20 umfassen.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verbundlenkerachse 1, die im Wesentlichen der in 1 bis 4 gezeigten ersten Ausführung der Verbundlenkerachse 1 entspricht. Lediglich die Anordnung der Gummilager 19 und 20 in Fahrzeuglängsrichtung x zueinander bzw. in Bezug auf die Radachse 21 weicht bei der Verbundlenkerachse 1 gemäß 5 von der Anordnung der Gummilager 19, 20 der Verbundlenkerachse 1 gemäß 1 bis 4 ab. Das Gummilager 19 ist bei der Verbundlenkerachse 1 gemäß 5 hinter der Radachse 21 angeordnet, während das Gummilager 20 vor der Radachse 21 positioniert ist. Auch mit dieser Anordnung der Gummilager 19 und 20 zueinander wird das zu 1 bis 4 bzw. zu 6 und 7 beschriebene Verhalten der Verbundlenkerachse 1 gemäß 1 bis 4 erreicht, weshalb bezüglich der weiteren Funktionsweise der Verbundlenkerachse 1 gemäß 5 auf die Beschreibung zu 1 bis 4 und 6 und 7 verwiesen wird.
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Der Radträger 10 ist vorliegend als Gussbauteil mit integriertem Achszapfen 48 ausgeführt. Um den Radträger 10 in gewünschtem Umfang mit den Längslenker 3 zu koppeln, ist das Trägerblech 18 wiederum mit U-förmigen Aufnahmebereichen 27, 28 für die Gummilager 19, 20 ausgebildet, wobei Schenkel 27A, 27B bzw. 28A, 28B der U-förmigen Aufnahmebereiche 27 bzw. 28 des Trägerblechs 18 mit in 6 und 7 näher dargestellten gummiartigen Endanschlägen 29, 30 der Gummilager 19, 20 zusammenwirken. Die Gummilager 19 und 20 sind in Lageraugen 31, 32 des Radträgers 10 angeordnet, die die Gummilager 19, 20 in radialer Richtung voll umfänglich umgeben.
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Bei dem in der Zeichnung betrachteten Ausführungsbeispiel der Verbundlenkerachse 1 sind die Gummilager 19 und 20 jeweils mit einer Innenhülse 33, einem auf die Innenhülse 33 aufvulkanisierten Gummielement 34 und eine das Gummielement 34 umgebenden Außenhülse 35 ausgeführt, wobei das Gummielement 34 mit den gummiartigen Endanschlägen 29 und 30 ausgebildet ist. Dabei ist die Innenhülse 33 zur Aufnahme eines in 3 näher gezeigten Gewindebolzens 36 bzw. 37 vorgesehen, der durch die Schenkel 27A, 27B bzw. 28A, 28B der U-förmigen Aufnahmebereiche 27, 28 und die Innenhülsen 33 der Gummilager 19, 20 geführt und über Muttern 38, 39 fest verschraubt wird. Damit werden am Radträger 10 angreifende Radkräfte über die Lageraugen 31, 32, die Außenhülsen 35, die Gummielemente 34, die Innenhülsen 33 und die Gewindebolzen 36, 37 in das Trägerblech 18 eingeleitet und von dort über die Längslenker 2, 3 und die Hauptlager 5, 6 im Bereich der Fahrzeugkarosserie abgestützt. Zusätzlich werden im Bereich des Radträgers 10 angreifende Radkräfte auch über das GFK-Bauteil 14 in das Trägerblech 18 und von dort in den Längslenker 2 eingeleitet und im vorbeschriebenen Umfang im Bereich der Fahrzeugkarosserie abgestützt.
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Um im Bereich der Verbundlenkerachse 1 eine für einen hohen Fahrkomfort erforderliche Längsnachgiebigkeit darstellen zu können, verlaufen Lagerachsen 40, 41 der Gummilager 19, 20 im Wesentlichen in Längsrichtung x der Längslenker 2, 3 bzw. in Fahrzeuglängsrichtung x und die Gummilager 19, 20 sowie das GFK-Bauteil 14 besitzen in Fahrzeuglängsrichtung x eine weiche Kennlinie. Aus in Fahrzeuglängsrichtung x am Radträger 10 angreifenden Längskräften resultieren jeweils Verschiebungen des Radträgers 10 in Fahrzeuglängsrichtung x gegenüber dem Längslenker 3 und damit korrespondierende reversible Verformungen der Gummielemente 34, die auf einfache Art und Weise Radstandsänderungen zwischen Rädern einer Fahrzeugvorderachse und der Verbundlenkerachse 1 ermöglichen. Derartige Längenänderungen zwischen den Radaufstandspunkten der Räder der Fahrzeugvorderachse und der Verbundlenkerachse 1 verbessern den Fahrkomfort, da ein mit der Verbundlenkerachse 1 ausgeführtes Fahrzeug bzw. dessen Fahrwerk horizontalen Stößen ausweicht und mit einem verbesserten Abrollkomfort zur Verfügung stellbar ist.
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Die gewünschte Radstandsänderung bzw. die gewünschte Längsnachgiebigkeit der Verbundlenkerachse 1 wird zusätzlich durch das als Federelement wirkende GFK-Bauteil 14 ermöglicht, welches bei Anliegen horizontaler Kräfte bzw. bei Anliegen von Längskräften am Radträger 10 entsprechend verformt wird. Das GFK-Bauteil 14 wird während einer Längsverschiebung des Radträgers 10 gegenüber dem Längslenker 3 über die Verschraubung 24 mit dem Radträger 10 und über Verschraubungen 42, 43 mit dem Trägerblech 18 gehalten und aufgrund seiner Federeigenschaften verformt. Die auftretende Verformung des GFK-Bauteiles 14 bewirkt eine Reduzierung des Abstandes zwischen dem U-förmigen Aufnahmebereich 23 des Radträgers 10 und dem Längslenker 3 in Fahrzeugquerrichtung y. Der Radträger 10 wird aufgrund der Längsnachgiebigkeit der Verbundlenkerachse 1 bei Anliegen einer Längskraft im Verbindungsbereich zwischen dem Radträger 10 und dem Längslenker 3 um eine durch Lagermittelpunkte 44, 45 der Gummilager 19, 20 verlaufende Schwenkachse 46 derart verschwenkt, dass sich im Bereich der Verbundlenkerachse 1 sowohl eine Vorspur als auch ein negativer Sturz einstellt, die insbesondere bei Kurvenfahrten eine Querführung der Achse verbessern und Übersteuertendenzen entgegenwirken.
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Zusätzlich übergreifen die Außenhülsen 35 der Gummilager 19, 20 die Gummielemente 34 in axialer Richtung bzw. in Längsrichtung x nur teilweise, um im Bereich der Verbundlenkerachse 1 die gewünschte Längsnachgiebigkeit darstellen zu können. In Einbaulage der Gummilager 19, 20 liegen die Gummielemente 34 im Wesentlichen spaltfrei mit ihren Endanschlägen 29, 30 an Innenflächen der Schenkel 27A, 27B bzw. 28A, 28B im Wesentlichen spaltfrei an, wobei die Gummilager 19, 20 mit ihren Endanschlägen 29 dem Hauptlager 6 zugewandt sind. Greift am Radträger 10 eine in Richtung des Fahrzeughecks 47 gerichtete Längskraft an, wird der Radträger 10 entgegen der Fahrzeuglängsrichtung x gegenüber dem Längslenker 3 nach hinten verschoben. Dies bewirkt, dass der nicht von der Außenhülse 35 bedeckte Bereich des Gummielementes 34 bzw. der Endanschlag 30 zunehmend verformt wird. Diese Verformung und die dabei auftretende Verschiebung der Außenhülse 35 gegenüber der Innenhülse 33 erfolgt solange, bis im Bereich der Gummilager 19 und 20 eine entsprechend hohe Gegenkraft erzeugt ist, die ein weiteres Verschieben des Radträgers 10 entgegen der Fahrzeuglängsrichtung x begrenzt. Während der Verformung des Gummielementes 34 steigt die Federkonstante des Gummielementes 34 progressiv an, womit die Längsnachgiebigkeit der Verbundlenkerachse 1 in gewünschtem Umfang 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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Während der Montage der Verbundlenkerachse 1 werden die beiden Gummilager 19, 20 in die Lageraugen 31, 32 des gegossenen Radträger 10 eingepresst. Das GFK-Bauteil 14 wird in die vorgesehene formschlüssige Verbindungsstelle bzw. in den Bereich 23 des Radträgers 10 eingesetzt. Anschließend werden die Schrauben 24 zwischen dem GFK-Bauteil 14 und dem Radträger 10 festgezogen. Der Radträger-GFK-Bauteil-Verbund wird mit dem Trägerblech 18 über die Gewindebolzen 36, 37 und die Verschraubungen 42, 43 hergestellt. Wiederum daran anschließend werden die Bremsanlagen 15 und 16 montiert.
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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 prinzipiell in der in 6 und 7 dargestellten Art und Weise konstruktiv wie die Gummilager 19 und 20 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
- Gummilagereinrichtung
- 13, 14
- FKV- bzw. GFK-Bauteil
- 15, 16
- Bremsanlage
- 17, 18
- Trägerblech
- 19, 20
- Gummilager
- 21
- Radachse
- 22
- Verbindungsabschnitt des GFK-Bauteils 14
- 23
- U-förmiger Aufnahmebereich des Radträgers 10
- 23A, B
- freies Ende des U-förmigen Aufnahmebereiches
- 24
- Schraubverbindung
- 25, 26
- Verbindungsbereich des GFK-Bauteils 14
- 27
- U-förmiger Aufnahmebereich des Trägerblechs 18
- 27A, B
- Schenkel des Aufnahmebereiches 27
- 28
- U-förmiger Aufnahmebereich des Trägerblechs 18
- 28A, B
- Schenkel des U-förmigen Aufnahmebereiches 28
- 29, 30
- Endanschlag
- 31, 32
- Lagerauge
- 33
- Innenhülse
- 34
- Gummielement
- 35
- Außenhülse
- 36, 37
- Gewindebolzen
- 38, 39
- Mutter
- 40, 41
- Lagerachse
- 42, 43
- Verschraubung
- 44, 45
- Lagermittelpunkt
- 46
- Schwenkachse
- 47
- Fahrzeugheck
- 48
- Achszapfen
- 49, 50
- Lagerachse des Hauptlagers
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- y
- Fahrzeugquerrichtung
- z
- Fahrzeughochrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008062780 A1 [0002]
