DE102015209001A1 - Radaufhängungseinheit für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängungseinheit (1, 1a) für ein Kraftfahrzeug, wenigstens umfassend einen Längslenker (2, 2a), mit einem ersten Ende (5) zur schwenkbaren fahrzeugseitigen Anbindung sowie einem zweiten Ende (6, 6a) zur Verbindung mit einem Radträger (3a). Um einen hinsichtlich des Schwingungsverhaltens verbesserten Längslenker mit geringerem Gewicht zur Verfügung zu stellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Längslenker (2, 2a) wenigstens teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist. Der Radträger (3a) ist mit dem Längslenker (2a) einstückig ausgebildet, wobei der Längslenker (2a) am zweiten Ende (6a) in den Radträger (3a) übergeht.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Radaufhängungseinheit für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Längslenker bilden bei Kraftfahrzeugen einen Teil der Radaufhängung. Ein solcher Längslenker kann einerseits schwenkbar mit dem Fahrzeugrahmen, einem Hilfsrahmen oder der Karosserie verbunden sein und andererseits fest mit einem Radträger, an dem wiederum die eigentliche Drehachse des Rades angeordnet ist. Der Querträger kann seinerseits eine Trägerplatte für den Bremssattel einer Scheibenbremse umfassen. Außerdem kann am Radträger z. B. ein Querlenker angreifen, der schwenkbar mit diesem verbunden ist. Neben diesen schwenkbaren Bauformen existieren solche, bei denen der Längslenker fest mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist und aufgrund einer gegebenen Elastizität eine Bewegung des hiermit verbundenen Radträgers ermöglicht. Unter Umständen ist der Radträger auch nicht direkt mit dem Längslenker verbunden, sondern ist an einem Querträger befestigt, der einander gegenüberliegende Längslenker miteinander verbindet.
• Bei einer im Stand der Technik üblichen Bauform bilden ein Längslenker, ein Radträger sowie eine Bremsträgerplatte eine fest miteinander verbundene Baugruppe. Hierbei werden die genannten Bauteile im Fertigungsprozess separat aus Metall gefertigt und anschließend miteinander verbunden, bspw. durch Verschweißen, Verpressen, Vernieten oder Verschrauben. Normalerweise werden der Längslenker sowie die Bremsträgerplatte aus Stahlblech gefertigt, während der Radträger entweder aus Blech geformt (bzw. aus mehreren Blechformteilen geschweißt) oder aber gegossen wird.
• Es bestehen verschiedene Anforderungen an den Längslenker, die mit einem aus Stahlblech geformten Bauteil nur schwer zu erfüllen sind. Zum einen soll der Längslenker in Längsrichtung möglichst steif sein, um die Drehmomente bei Bremsund Beschleunigungsprozessen aufzunehmen. Allerdings ist der mit dem Längslenker verbundene Radträger normalerweise über mehrere seitliche Verbindungen (Querlenker etc.) aufgehängt, wodurch sich eine kinematische Überbestimmung ergibt. Daher sollte der Längslenker im Falle einer vertikalen Bewegung des Rades in Querrichtung sowie bezüglich der Torsion nicht steif sein, da eine gewisse Flexibilität notwendig ist, um die Überbestimmung aufzulösen. Allerdings führt bei aus stahlblechgeformten Längslenkern diese Flexibilität zu ungedämpften Schwingungen bei niedrigen Frequenzen, was unter NVH-Aspekten (Noise, Vibration, Harshness; Geräusch, Vibration, Rauheit) unerwünscht ist. Außerdem ist das Gewicht einer aus Stahlblech bestehenden Komponente vor dem Hintergrund des derzeitigen Trends zur Gewichtsersparnis und hiermit verbundenen Reduktion des Treibstoffverbrauchs unerwünscht hoch.
• Die DE 10 2012 001 671 A1 zeigt eine Kraftfahrzeughinterachse mit zwei Längslenkern, die an einem ersten Endabschnitt starr mit einem Fahrzeugrahmen verbunden und an einem zweiten Endabschnitt mit einem Querträger verbunden sind. Jeder der Längslenker weist zwei übereinander angeordnete Schenkel aus faserverstärktem Kunststoff auf, die zwischen den Endabschnitten voneinander beabstandet sind. Bevorzugt sind die beiden Schenkel über einen Endabschnitt verbunden und einstückig ausgebildet. An dem Querträger können Radträger einstückig ausgebildet sein. Alternativ können die Radträger direkt an den Längslenkern befestigt sein.
• Die DE 102 37 658 A1 offenbart eine vordere sowie eine hintere Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug, jeweils mit einem Verbundträger aus Verbundwerkstoff, insbesondere faserverstärktem Polymer. Dieser Träger ersetzt Steuerarme, Schraubenfedern und Drehstabilisatoren. Der Verbundträger weist einen vorderen und einen nachlaufenden Teil auf, die voneinander beabstandet sind und sich in Querrichtung erstrecken. Endseitig laufen die beiden Teile zusammen und sind mit dem jeweiligen Radträger verbunden. Darüber hinaus sind die Teile an einem Hilfsrahmen des Kraftfahrzeugs befestigt.
• Die US 2011/306257 A1 beschreibt eine Verbund-Struktur mit einem faserförmigen Material, das mit einer Harzzusammensetzung getränkt ist, die ein oder mehrere Polyesterharze sowie 0,3–3 Gewichts-% UV-Stabilisatoren enthält. Die Verbund-Struktur kann u.A. für Aufhängungskomponenten im Automobilbau eingesetzt werden, wie bspw. Querlenker und Stabilisatoren.
• Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Entwicklung eines Längslenkers, der kein unerwünschtes Schwingungsverhalten zeigt und gleichzeitig ein geringes Gewicht aufweist, noch Raum für Verbesserungen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hinsichtlich des Schwingungsverhaltens verbesserten Längslenker mit geringerem Gewicht zur Verfügung zu stellen.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Radaufhängungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
• Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
• Durch die Erfindung wird eine Radaufhängungseinheit für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt. Wie der Bezeichnung zu entnehmen ist, bildet die genannte Einheit einen Teil einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs. Als Kraftfahrzeuge kommen hierbei insbesondere PKW oder LKW infrage. Der Begriff "Einheit" bedeutet hierbei nicht zwangsläufig, dass diese insgesamt einstückig ausgebildet ist. Dieser Aspekt wird im nachfolgenden noch erläutert.
• Die Radaufhängungseinheit umfasst wenigstens einen Längslenker, mit einem ersten Ende zur schwenkbaren fahrzeugseitigen Anbindung sowie einem zweiten Ende zur Verbindung mit einem Radträger. Mit einer fahrzeugseitigen Anbindung ist eine Anbindung an ein Chassis, eine Karosserie, eine selbsttragende Karosserie, einen Hilfsrahmen o. Ä. des Fahrzeugs gemeint. Das erste Ende kann hierbei insbesondere eine Lagerbuchse aufweisen, in die ein auf Seiten des Fahrzeugs vorhandener Lagerzapfen oder eine Achse eingreift. Die schwenkbare Anbindung ermöglicht hierbei, wie im Stand der Technik bekannt, eine Schwenkbewegung um die Y-Achse (Querachse) des Fahrzeugs.
• Wie von Längslenkern im Stand der Technik bekannt, ist der erfindungsgemäße Längslenker bevorzugt zwischen dem ersten und zweiten Ende armartig ausgebildet, so dass ein Abstand zwischen dem ersten und zweiten Ende größer ist als jede Abmessung des Längslenkers quer hierzu. Der Längslenker ist allerdings nicht notwendigerweise gerade ausgebildet, wie noch erläutert wird.
• Das zweite Ende dient zur Verbindung mit einem Radträger. Dies schließt einerseits die Möglichkeit ein, dass der Längslenker dort mit einem Radträger verbindbar ist, andererseits aber auch die Möglichkeit, dass der Längslenker dort mit dem Radträger verbunden ist. Der Radträger ist hierbei dasjenige Bauteil, dass die eigentliche Drehachse des Rades aufnimmt. Falls der Längslenker mit dem Radträger verbindbar ist, können am zweiten Ende bspw. Bohrungen vorhanden sein, die zum Verschrauben oder Vernieten mit dem Radträger dienen.
• Erfindungsgemäß ist der Längslenker wenigstens teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt. Dies schließt die Möglichkeit ein, dass mehrere unterschiedliche Kunststoffe und/oder unterschiedliche Fasern verwendet werden. Bspw. wäre denkbar, dass unterschiedliche Fasern in verschiedenen Lagen übereinander eingesetzt werden. Grundsätzlich können die Fasern gewebt oder nicht gewebt, ausgerichtet oder nicht-ausgerichtet sein. Bevorzugt ist allerdings, dass die Fasern so ausgerichtet sind, dass durch ihre Ausrichtung die Steifigkeit des Längslenkers gezielt beeinflusst wird. Insbesondere können die Fasern parallel zum jeweiligen Verlauf des Längslenkers vom ersten zum zweiten Ende ausgerichtet sein. Es können Endlosfasern, aber auch kurze Fasern, z. B. zwischen 0,5 und 1 mm Länge, oder längere Fasern, z. B. zwischen 1 und 50 mm Länge, verwendet werden. Im Unterschied zu Endlosfasern können derartige Fasern im Sprühverfahren appliziert und hierbei mit einer definierten Richtung versehen werden.
• Durch die wenigstens teilweise Ersetzung von Metall als Material für den Längslenker durch faserverstärkten Kunststoff ergeben sich primär zwei Vorteile. Zum einen lässt sich eine vergleichbare Stabilität bei geringerem Gewicht erreichen. Hierdurch verringert sich das Gesamtgewicht des Fahrzeugs und somit der Kraftstoffverbrauch und die CO₂-Emissionen. Ein weitergehender Vorteil ergibt sich allerdings daraus, dass Stahl oder andere Metalle in sich isotrop sind, d. h., ein kleines Volumenelement des Metalls reagiert gegenüber Zugkräften, Druckkräften etc. unabhängig von deren Richtung gleich. Daher lässt sich eine unterschiedliche Steifigkeit eines Metallteils bezüglich verschiedener Richtungen nur durch die Formgebung realisieren. Bei einem faserverstärkten Kunststoff hingegen können durch die Ausrichtung der Fasern bestimmte Richtungen vorgegeben werden, in denen eine erhöhte Steifigkeit gegeben ist. So weist das Bauteil normalerweise gegenüber in Verlaufsrichtung der Fasern ansetzenden Kräften eine erhöhte Steifigkeit auf. Die Steifigkeit kann selbstverständlich auch durch die Packungsdichte und/oder das Material der Fasern sowie durch das Kunststoffmaterial selbst (also durch Faser und Matrix bwz. Harz) beeinflusst werden. Es ist hierbei auch möglich, ortsabhängig unterschiedliche Dichten, Ausrichtungen und/oder Materialien für die Fasern zu verwenden. D. h., im Unterschied zu einem Metallteil kann der faserverstärkte Kunststoff inhomogen sein.
• Mit der Steifigkeit hängt wenigstens teilweise das Vibrationsverhalten des Bauteils zusammen. Auch dieses kann gezielt durch die Orientierung, Dichte und/oder Material der Fasern sowie durch das Material des Kunststoffs beeinflusst werden. Somit ist es möglich, bestimmte Vibrationen, die unter NVH-Aspekten unerwünscht sind, zumindest weitgehend zu unterdrücken. Hierbei können unter anderem lokal verschiedene Eigenschaften der Fasern eine Ausbreitung von Vibrationen innerhalb des Bauteils erschweren.
• Neben den genannten Vorteilen können sich weitere ergeben, so bspw. dass der Fertigungsprozess je nach Form dadurch vereinfacht wird, dass ein faserverstärktes Kunststoffteil in nahezu jede denkbare Form gebracht werden kann, da sowohl die Fasern als auch das Kunststoffmaterial, mit dem diese beispielsweise getränkt, bespritzt oder umgossen werden, hier nahezu keine Beschränkungen auferlegen. Demgegenüber muss bspw. bei einem aus Stahlblech geformten Längslenker eine Fertigung in mehreren Schritten erfolgen, die bspw. Stanzen und Tiefziehen oder ähnliches umfassen. Hierbei sind bestimmte Formgebungen überhaupt nicht möglich oder nur unter erheblichen Schwierigkeiten herzustellen. Auch können die Verformungsprozesse bei einem Stahlteil die Struktur des Metalls lokal schwächen, so dass dort eine vorzeitige Materialermüdung eintreten kann. Auch dieses Problem ergibt sich bei einem Kunststoffteil nicht. Weiterhin sind die Produktionsanlagen, die zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils notwendig sind, wesentlich einfacher und kostengünstiger als diejenigen, die zur Herstellung von Blechformteilen notwendig sind.
• Bevorzugt umfasst der faserverstärkte Kunststoff Carbonfasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern. Daneben können allerdings auch andere Fasern verwendet werden. Insbesondere können, wie bereits oben angedeutet, Fasern verschiedener Art gemischt bzw. in unterschiedlichen Schichten übereinander eingesetzt werden.
• Gemäß einer Ausgestaltung ist in den faserverstärkten Kunststoff bereichsweise wenigstens eine Komponente aus einem anderen Material eingelagert. Hierbei bedeutet "eingelagert", dass die genannte Komponente wenigstens teilweise vom faserverstärkten Kunststoff umgeben ist, d. h. ggf. können Teile der Komponente an der Oberfläche liegen. Der Begriff "Komponente" ist hier im Sinne von Teil, Bauteil oder Element zu verstehen. Alternativ kann man auch von einem Einsatzteil sprechen. Hierbei kann wenigstens eine Komponente aus Metall, Keramik, Gummioder einem weiteren Kunststoff (der sich vom Material der Matrix des faserverstärkten Kunststoffs unterscheidet) bestehen. Durch solche Komponenten, insbesondere aus Metall oder Keramik, können Bereiche des Längslenkers lokal verstärkt werden, wodurch sich eine verbesserte Festigkeit bzw. Steifigkeit ergibt. Zum anderen kann hierdurch wiederum die Ausbreitung von Vibrationen innerhalb des Bauteils unterdrückt werden. Man kann hierbei von einer Hybrid-Bauweise des Längslenkers sprechen. Unter diese Ausgestaltung fallen auch Bauformen, bei denen bspw. eine Lagerhülse aus Metall gebildet ist, die bereits beim Herstellungsprozess in den faserverstärkten Kunststoff eingelagert wird. Als Metalle kommen insbesondere Stahl oder Leichtmetalle wie Aluminium infrage. Es kann auch eine Komponente aus Gummi (z. B. eine Lagerbuchse) nach oder während des Formungsprozesses des faserverstärkten Kunststoffs einvulkanisiert werden.
• Insbesondere kann der Längslenker gerade, gebogen und/oder abgewinkelt, insbesondere L-förmig, ausgebildet sein. Hierbei kann sich die L-Form insbesondere in der X-Z-Ebene erstrecken, wobei ein erster Schenkel vom ersten Ende in etwa abwärts bzw. aufwärts führt, während ein zweiter Schenkel hieran ansetzt und in etwa waagerecht zum zweiten Ende führt. D. h., die beiden Schenkel stehen in etwa senkrecht zueinander. Bei anderen abgewinkelten Formen können zwei Schenkel in einem Winkel, der deutlich von 90° abweicht, zueinander stehen. Selbstverständlich können die Schenkel auch sanft, in Form einer Biegung, ineinander übergehen.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Längslenker zwischen dem ersten und zweiten Ende wenigstens eine Ausnehmung zur Gewichtsersparnis auf. Eine solche Ausnehmungen kann prinzipiell ein Hohlraum innerhalb des Längslenkers sein. Alternativ kann es sich um eine Vertiefung in der Oberfläche des Längslenkers oder um eine durchgehende Öffnung handeln. Bei einer derart durchbrochenen Struktur kann eine solche Öffnung insbesondere in Richtung der Schwenkachse durch den Längslenker hindurchgehen. Selbstverständlich können mehrere Ausnehmungen vorhanden sein. Neben einer Gewichtsersparnis können solche Ausnehmungen sich wiederum vorteilhaft auf das Schwingungsverhalten des Längslenkers auswirken.
• Weiterhin kann der Längslenker wenigstens eine Versteifungsrippe aufweisen. Eine solche Rippe ragt gegenüber der umliegenden Oberfläche des Längslenkers auf bzw. steht gegenüber dieser ab. Eine Rippe kann hierbei gerade, gebogen und/oder gewinkelt sein. Sie kann sich auch verzweigen. Insbesondere kann eine Versteifungsrippe dem Verlauf des Längslenkers folgen. Eine oder mehrere Versteifungsrippen können eine Ausnehmung flankieren. Hierdurch kann sich gegenüber einer Struktur ohne Versteifungselement und Ausnehmung bei gleichem Gewicht eine höhere Stabilität ergeben. Auch hier kann wiederum ein geeigneter Einsatz von Versteifungsrippen das Vibrationsverhalten des Längslenkers positiv beeinflussen. Vorteilhaft ist, dass bei einem aus faserverstärktem Kunststoff gebildeten Längslenker derartige Rippen beim Herstellungsprozess als massive Strukturen an die Grundform des Lenkers angeformt werden können. Bei einem Blechformteil können hingegen nur Sicken eingebracht werden, was zum einen nicht die gleichen mechanischen Eigenschaften hervorruft wie eine massiv ausgebildete Rippe und zum anderen den Formungsprozess verkompliziert. Bei einem gegossenen Metallteil bedeuten Rippen eine deutliche Gewichtserhöhung, welcher Effekt bei faserverstärktem Kunststoff nahezu vernachlässigbar ist.
• Bei einer Ausgestaltung steht wenigstens eine Versteifungsrippe in Richtung einer Schwenkachse des Längslenkers vom Längslenker ab. Bezogen auf die Einbauposition ist dies also die Y-Achse des Fahrzeugs. Anders formuliert, steht die genannte Rippe seitlich ab. Die Rippe kann insbesondere im Wesentlichen in X-Richtung verlaufen. Es können mehrere Rippen über- bzw. nebeneinander angeordnet sein, die wenigstens abschnittsweise parallel verlaufen. Des Weiteren kann sich eine solche Rippe verzweigen.
• Alternativ oder ergänzend hierzu kann wenigstens eine Versteifungsrippe quer zur Schwenkachse vom Längslenker abstehen. Dies bedeutet also, dass die Rippe innerhalb der X-Z-Ebene vom Längslenker absteht. In vielen Fällen erstreckt sich der Längslenker hauptsächlich in dieser Ebene, bspw. L-förmig, wie oben beschrieben. Bei einem L-förmigen Längslenker kann die genannte Rippe in dem Bereich angeordnet sein, in dem die beiden Schenkel aufeinander treffen. Dieser Bereich wird somit effektiv gegenüber auftretenden Biegemomenten stabilisiert.
• Auch kann der Längslenker bereichsweise unterschiedliche Materialstärken aufweisen. So können z. B. wenigstens ein Bereich verringerter Materialstärke vorgesehen sein, wodurch ebenfalls Gewicht eingespart wird. "Verringert" bezieht sich selbstverständlich auf die umgebenden Bereiche des Längslenkers. Einem solchen Bereich kann eine ähnliche Funktion zukommen wie einer oben erwähnten Ausnehmung. Auch kann wenigstens ein Bereich höherer Materialstärke vorgesehen sein, durch den bereichsweise eine strukturelle Verstärkung gegeben ist. Ein solcher Bereich kann eine ähnliche Funktion wie eine Versteifungsrippe haben.
• Während es möglich ist, den geschilderten Längslenker und einen zugehörigen Radträger als separate Teile zu fertigen und diese anschließend durch bekannte Verbindungsmethoden wie bspw. Verschrauben oder Vernieten miteinander zu verbinden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Radträger mit dem Längslenker einstückig ausgebildet ist, wobei der Längslenker am zweiten Ende in den Radträger übergeht. Anders ausgedrückt, der Längslenker ist am zweiten Ende einstückig mit dem Radträger verbunden. In diesem Fall besteht also keine materielle Trennung zwischen Querträger und Längslenker, sondern diese werden direkt bei der Fertigung als ein einziges Bauteil gefertigt, welches (wenigstens teilweise oder überwiegend) aus faserverstärktem Kunststoff besteht.
• Bei dieser Ausgestaltung ergeben sich eine Vielzahl von Vorteilen. Zum einen müssen die beiden Stücke nicht zusammengesetzt werden, weshalb auch keinerlei Fertigungstoleranzen im Verbindungsbereich zu berücksichtigen sind. Sämtliche Arbeitsschritte, die das Zusammensetzen und das Verbinden von Längslenker und Radträger betreffen, fallen weg. Dies führt einerseits zu einer Kostenersparnis, andererseits vereinfacht sich hierdurch die Qualitätskontrolle. Auch das zusätzliche Gewicht von Verbindungskomponenten die Schrauben, Nieten oder Schweißnähten, das im Stand der Technik anfällt, kann eingespart werden. Auch hinsichtlich des Radträgers ergibt sich selbstverständlich eine Gewichtsersparnis gegenüber im Stand der Technik bekannten gegossenen oder als Blechformteil ausgebildeten Bauformen. Die zum Teil aufwändigen und kostenintensiven Herstellungsschritte eines separaten Radträgers z. B. aus Blech entfallen, wodurch die Effizienz des Herstellungsprozesses weiter gesteigert wird. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist, dass trotz der Fertigung von Längslenker und Radträger als ein Bauteil über die Packungsdichte, Orientierung und/oder Zusammensetzung der eingelagerten Fasern die Materialeigenschaften des Radträgers weitgehend unabhängig von denen des Längslenkers eingestellt werden können.
• Es ist auch hier möglich, Komponenten anderer Materialien in den Radträger einzulagern. Dies kann insbesondere den Bereich betreffen, der die eigentliche Achse des jeweiligen Rades aufnimmt. Dort kann z. B. eine Hülse aus Metall, eine Lagerbuchse aus Gummi oder ähnliches aus Metall unmittelbar in die Matrix des faserverstärkten Kunststoffs eingelagert sein.
• Im Stand der Technik ist es bekannt, dass am Radträger eine Bremsträgerplatte befestigt ist. Diese dient zur Befestigung des Bremssattels der dem Rad zugeordneten Scheibenbremse. Bei Systemen im Stand der Technik besteht die genannte Platte normalerweise aus einem Blechteil, das mit dem Querträger verschraubt, verschweißt oder vernietet wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Radaufhängungseinheit umfasst diese allerdings eine mit dem Radträger einstückig ausgebildete Bremsträgerplatte. D. h., die Bremsträgerplatte wird direkt beim Urformungsprozess zusammen mit Längslenker und Radträger geformt, wobei alle drei Komponenten strukturell ein einziges Bauteil bilden. Es versteht sich, dass eine solche aus faserverstärktem Kunststoff gebildete Platte gegenüber einer vergleichbar stabilen Metallplatte wesentlich leichter ist. Des Weiteren entfallen auch hier jegliche Verbindungskomponenten zwischen Radträger und Bremsträgerplatte. Auch hier vereinfacht sich die Herstellung, da sämtliche Schritte, die den Zusammenbau von Radträger und Bremsträgerplatte betreffen, wegfallen.
• 1A zeigt eine erste perspektivische Darstellung einer Radaufhängungseinheit gemäß dem Stand der Technik, wobei 1B eine zweite perspektivische Darstellung der Radaufhängungseinheit aus 1A zeigt. Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von unterschiedlichen, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
• 2 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radaufhängungseinheit, sowie
• 3 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radaufhängungseinheit.
• In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
• 1A und 1B zeigen zwei Ansichten einer herkömmlichen Radaufhängungseinheit 101, die im Stand der Technik bekannt ist. Diese setzt sich im Wesentlichen aus drei separat gefertigten Komponenten zusammen: einem Längslenker 102, einem Radträger 103 sowie einer Bremsträgerplatte 104. Der Längslenker 102 ist als im Wesentlichen L-förmiges Blechformteil gebildet und weist an einem ersten Ende 105 eine eingesetzte Aufnahmehülse 110 für eine Gummi-Lagerbuchse auf, mittels der er am Chassis eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) befestigt werden kann. Die Aufnahmehülse 110 ist hierbei mit dem Längslenker 102 verschweißt. Die L-förmige Struktur des Längslenkers 102 wird durch angeformte Flansche gegenüber Biegekräften innerhalb der Y-Z-Ebene stabilisiert.
• An einem zweiten Ende 106 ist der Längslenker 102 mit dem Radträger 103 verschweißt, der seinerseits aus miteinander verschweißten Blechformteilen gefertigt ist. Der Radträger 103 weist neben Achsaufnahmen 107, 108, 109 für verschiedene seitlich angreifende Lenker bzw. Arme eine Öffnung 119 auf, in der die Achse eines zugehörigen Fahrzeugrades aufgenommen wird. Die Bremsträgerplatte 104 ist seitlich an den Radträger 103 angeschweißt und umgibt die Öffnung 119. Hier nicht näher erläuterte Bohrungen innerhalb der Bremsträgerplatte 104 dienen zur Befestigung des Bremssattels einer Scheibenbremse (nicht dargestellt).
• Wenngleich die dargestellte Radaufhängungseinheit 101 grundsätzlich ihre Funktion erfüllt, weist sie dennoch verschiedene Nachteile auf, zu denen insbesondere ein unerwünscht hohes Gewicht, ein vergleichsweise komplizierter Fertigungsprozess mit verschiedenen Trenn-, Umform- und Verbindungsschritten sowie die Neigung zu unerwünschten Vibrationen.
• Die genannten Nachteile werden bei den erfindungsgemäßen Radaufhängungseinheiten in 2 und 3 zumindest überwiegend behoben.
• 2 zeigt einen Längslenker 2, der insgesamt aus carbonfaserverstärktem Kunststoff besteht. Der Längslenker 2, in der beispielhaften Ausgestaltung als Schwertlenker 2, bildet hierbei einen Teil einer Radaufhängungseinheit 1, zu der weiterhin ein hier nicht dargestellter Radträger mit Bremsträgerplatte gehört. Die Form des Längslenkers 2 ist grob L-förmig mit einem abwärts verlaufenden Schenkel 11 sowie einem waagerecht verlaufenden Schenkel 12. An einem ersten Ende, das sich am Schenkel 11 befindet, ist eine Öffnung 10 angeordnet, die zur schwenkbaren Anordnung an einem Fahrzeug-Chassis dient. Die Öffnung 10 ist durch eine aus Gummi bestehende Lagerbuchse 7 gebildet, die entweder während des Formungsprozesses oder anschließend an diesen in den Kunststoff einvulkanisiert wird. Alternativ kann sie auch nach dem Formungsprozess eingeklebt oder eingepresst werden.
• An einem gegenüberliegenden zweiten Ende 6 sind Bohrungen 18 vorgesehen, durch die Schrauben oder Nieten geführt werden können, mittels derer der Längslenker 2 am Radträger befestigt wird. Zur Gewichtsersparnis weist der waagerechte Schenkel 12 eine durchbrochene Struktur mit zwei in Richtung der Y-Achse durchgehenden Ausnehmungen 16, 17 auf. Alternativ zu den Ausnehmungen 16, 17 könnten gleich dimensionierte Bereiche vorgesehen sein, in denen die Materialstärke verringert ist. Oberhalb der Ausnehmungen 16, 17 verläuft eine erste Versteifungsrippe 13, die im Bereich des senkrecht verlaufenden Schenkels 11 verzweigt. Unterhalb der Ausnehmungen 16, 17 verläuft eine zweite Versteifungsrippe 14. Die genannten Versteifungsrippen 13, 14 stehen in Richtung der Schwenkachse des Längslenkers 2 von diesem ab. Jede der Versteifungsrippen 13, 14 verläuft zu einer der Bohrungen 18 und ist dazu vorgesehen, die dort seitens des Radträgers einwirkende Kräfte aufzunehmen und weiterzuleiten. Ggf. können auf der in Y-Richtung gegenüberliegenden Seite entsprechende Versteifungselemente vorgesehen sein. Eine dritte Versteifungsrippe 15 ist in dem Bereich vorgesehen, in dem die beiden Schenkel 11, 12 aufeinandertreffen. Diese Versteifungsrippen 15 steht senkrecht zur Schwenkachse vom Längslenker 2 ab und dient dazu, die beiden Schenkel 11, 12 gegenüber in der X-Z-Ebene auftretenden Kräften zu stabilisieren. Des Weiteren sind im senkrechten Schenkel 11, bis in einen Übergangsbereich zum waagerechten Schenkel 12 reichend, zwei Einsätze 8 aus Stahl in die Kunststoffmatrix eingelagert, die die den Längslenker 2 weiter lokal verstärken. Diese Einsätze 8 sind optional und können ggf. weggelassen werden.
• Der dargestellte Längslenker 2 hat eine bezüglich der zu erwartenden Kräfte optimierte Struktur, wobei insbesondere die Versteifungsrippen 13, 14, 15 hervorzuheben sind, die in dieser Form bei einem Blechformteil nicht hergestellt werden können. Gleichzeitig ist die Herstellung des Längslenkers 2 vergleichsweise einfach und kann beispielsweise im Wesentlichen das Tränken und Umgießen einer vorbereiteten Carbonfaser-Struktur innerhalb einer Form beinhalten. Hierbei können die Einsätze 8 im gleichen Arbeitsschritt von der Kunststoffmasse eingeschlossen werden. Die Lagerbuchse 7 kann entweder gleichzeitig mit der Formung des Längslenkers 2 oder anschließend einvulkanisiert werden. Gleichzeitig ist das Gewicht gegenüber einem vergleichbaren Lenker aus Stahl wesentlich reduziert, selbst wenn das Volumen demgegenüber vergrößert ist. Durch den Verlauf der Fasern kann die innere Struktur des Längslenkers 2 weiter optimiert werden, bspw. indem die Fasern dem jeweiligen Verlauf der beiden Schenkel 11, 12 folgen. Alternativ zu den Stahleinsätzen 8 ist es auch möglich, Keramik- oder Leichtmetall-Komponenten in die Kunststoffmatrix einzuarbeiten, um eine lokale Verstärkung zu erreichen. Es können auch Komponenten eines andersartigen Kunststoffs eingearbeitet werden. Hinsichtlich der im Normalbetrieb auftretenden unerwünschten Schwingungen ist der Längslenker 2 ebenfalls optimiert.
• Während 2 einen separat gefertigten Längslenker 2 zeigt, ist bei einer in 3 dargestellten Radaufhängungseinheit 1a ein Längslenker 2a einstückig mit einem Radträger 3a sowie einer am Radträger 3a angeordneten Bremsträgerplatte 4a gefertigt. Die drei Komponenten 2a, 3a, 4a stellen somit nur Abschnitte ein und desselben einstückig gefertigten Bauteils dar. Die Radaufhängungseinheit 1a wird in einem einzigen Urformungsschritt gefertigt, wodurch bspw. gegenüber der in 1A und 1B gezeigten Radaufhängungseinheit 101 eine Vielzahl von Verfahrensschritten bei der Fertigung entfallen. Außerdem ist typischerweise nur eine einzige, relativ einfach gestaltete Vorrichtung erforderlich, z. B. im Falle eines Gießverfahrens diejenige, in der die Radaufhängungseinheit 1a gegossen wird. Selbstverständlich entfallen auch jegliche Befestigungskomponenten wie Schrauben oder Nieten, Klebe- oder Schweißnähte.
• Der Längslenker 2a ist weitgehend mit dem Längslenker 2 aus 2 identisch und wird insoweit nicht nochmals beschrieben. Er geht allerdings an einem dem ersten Ende 5 gegenüberliegenden zweiten Ende 6a, das sich endseitig des zweiten Schenkels 12 befindet, unmittelbar in den Radträger 3a über. An den Radträger 3a ist ebenfalls einstückig die Bremsträgerplatte 4a angeformt, die Bohrungen 20 aufweist, mittels derer in herkömmlicher Weise ein Bremssattel befestigt werden kann. Weiterhin durchzieht die Bremsträgerplatte 4a sowie den Radträger 3a eine Öffnung 19, die im zusammengebautem Zustand die Drehachse des zugehörigen Fahrzeugrades aufnimmt.
• Es versteht sich, dass die mit Bezug auf 2 geschilderten Vorteile sich auch bei dem in 3 dargestellten Längslenker 2a wiederfinden. Der Verlauf der Carbonfasern innerhalb des Radträger 3a sowie der Bremsträgerplatte 4a kann selbstverständlich ebenfalls an die gewünschte Steifigkeit des jeweiligen Bauteils angepasst werden. Daneben können auch alleine oder in Kombination mit Carbonfasern andere Fasern (bspw. Glasfasern oder Aramidfasern) eingesetzt werden. Auch die Packungsdichte der Fasern kann variiert werden. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, im Bereich des Radträger Versteifungsrippen, Öffnungen zur Gewichtsersparnis sowie eingelagerte Komponenten aus Metall oder anderen Materialien vorzusehen.
• Bezugszeichenliste

1, 1a, 101

Radaufhängungseinheit

2, 2a, 102

Längslenker

3a, 103

Radträger

4a, 104

Bremsträgerplatte

5, 105

erstes Ende

6, 6a, 106

zweites Ende

7

Lagerbuchse

8

Einsatz

10, 19, 119

Öffnung

11, 12

Schenkel

13, 14, 15

Versteifungsrippe

16, 17

Ausnehmung

18, 20

Bohrung

107, 108, 109

Achsaufnahme

110

Aufnahmehülse

X

X-Achse

Y

Y-Achse

Z

Z-Achse

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102012001671 A1 [0005]
• DE 10237658 A1 [0006]
• US 2011/306257 A1 [0007]

Claims (9)

1. Radaufhängungseinheit (1, 1a) für ein Kraftfahrzeug, wenigstens aufweisend einen Längslenker (2, 2a), mit einem ersten Ende (5) zur schwenkbaren fahrzeugseitigen Anbindung sowie einem zweiten Ende (6, 6a) zur Verbindung mit einem Radträger (3a), dadurch gekennzeichnet, dass der Längslenker (2, 2a) wenigstens teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist, und dass der Radträger (3a) mit dem Längslenker (2a) einstückig ausgebildet ist, wobei der Längslenker (2a) am zweiten Ende (6a) in den Radträger (3a) übergeht.
2. Radaufhängungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der faserverstärkte Kunststoff Carbonfasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern umfasst.
3. Radaufhängungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den faserverstärkten Kunststoff bereichsweise wenigstens eine Komponente (7, 8) aus einem anderen Material, insbesondere Metall, Keramik, Gummi oder einem weiteren Kunststoff, eingelagert ist.
4. Radaufhängungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Längslenker (2, 2a) gerade, gebogen und/oder abgewinkelt ausgebildet ist.
5. Radaufhängungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Längslenker (2, 2a) zwischen dem ersten (5) und zweiten Ende (6, 6a) wenigstens eine Ausnehmung (16, 17) zur Gewichtsersparnis aufweist.
6. Radaufhängungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Längslenker (2, 2a) wenigstens eine Versteifungsrippe (13, 14, 15) aufweist.
7. Radaufhängungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Versteifungsrippe (13, 14) in Richtung einer Schwenkachse des Längslenkers (2, 2a) vom Längslenker (2, 2a) absteht.
8. Radaufhängungseinheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Versteifungsrippe (15) quer zur Schwenkachse vom Längslenker (2, 2a) absteht.
9. Radaufhängungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit dem Radträger (3a) einstückig ausgebildete Bremsträgerplatte (4a).

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