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Die Erfindung bezieht sich auf ein Abstimmungselement zur Befestigung in einem Querträger einer Verbundlenkerachse sowie weiterhin auf eine Verbundlenkerachse, welche mit einem solchen Abstimmungselement ausgestattet ist.
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Typischerweise bewegt sich bei einer Verbundlenkerachse das kurvenäußere Rad unter einer von außen wirkenden Seitenkraft in Richtung Nachspur. Um diesen Nachspureffekt gering zu halten, muss die Verbundlenkerachse hinreichend seiten-, sturz- und vorspursteif ausgebildet werden. So kann beispielsweise ein Nachspureffekt unter Seitenkraft durch geeignete elastokinematische Spur- und Sturzänderungen beim wechselseitigen Ein- und Ausfedern der Fahrzeugräder kompensiert werden. Bei einer Verbundlenkerachse werden die elastokinematischen Eigenschaften unter anderem stark durch die Torsionssteifigkeit des Querträgers beeinflusst. Durch eine gewollte definierte Torsionsverformung desselben wird in Abhängigkeit der Profilform beim wechselseitigen Ein- und Ausfedern ein Wanklenken in Richtung Vorspur erzielt.
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Um das Torsionspotential des Querträgers möglichst effektiv auszunutzen, ist einerseits eine steife Anbindung des Querträgers an die Längslenker erforderlich. Andererseits darf im Hinblick auf die Betriebsfestigkeit der Steifigkeitssprung zwischen dem Querträger und den Längslenkern nicht zu groß sein. Dem kann beispielsweise durch Schubbleche entgegengewirkt werden, die jeweils im Übergangsbereich zu den Längslenkern in den Querträger eingeschweißt sind. Werden in der Serie für unterschiedliche Fahrzeugkonfigurationen unterschiedliche Torsionssteifigkeiten gewünscht, kann eine Anpassung beispielsweise über entsprechende Schubbleche erfolgen. Die hieraus resultierende Variantenbildung in der Schweißlage ist jedoch sehr kostenintensiv.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine weniger kostenintensive Alternative zur Variation der Torsionssteifigkeit einer Verbundlenkerachse aufzuzeigen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Abstimmungselement gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Abstimmungselement umfasst einen Torsionsstab mit einem ersten Endabschnitt und einem zweiten Endabschnitt, wobei am radialen Außenumfang des ersten Endabschnitts und des zweiten Endabschnitts jeweils mehrere Befestigungseinrichtungen zur Verbindung des Torsionsstabs mit Wandabschnitten des Querträgers angeordnet sind.
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Durch die nachträgliche Verbaubarkeit nach Lackierung der Verbundlenkerachse zum Zweck des Korrosionsschutzes, beispielsweise durch eine kathodische Tauchlackierung, bietet das Abstimmungselement die Möglichkeit, ohne Erhöhung der Variantenvielfalt in Bezug auf das Schweißen eine größere Anzahl an Torsionssteifigkeiten für einen Verbundlenkerachsentyp anzubieten. Ein solch nachträglicher Verbau kann werksseitig oder gegebenenfalls auch später kundenseitig zur Fahrzeugmodifikation vorgenommen werden. Hierdurch können beispielsweise sportlich abgestimmte Fahrzeuge mit erhöhter Torsionssteifigkeit kostengünstig produziert werden. Auch für ein nachträgliches Fahrzeugtuning sind solche Abstimmungselemente einsetzbar.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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So können beispielsweise die Befestigungseinrichtungen in einen Torsionsstab aus Kunststoff eingebettet sein, so dass einerseits eine stabile Anbindung am Querträger erzielt wird, andererseits jedoch das Bauteilgewicht gering bleibt. Zusätzliche Korrosionsschutzmaßnahmen am Abstimmungselement sind nicht nötig.
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In einer Ausführungsvariante sind die Befestigungseinrichtungen metallische Gewindebuchsen, welche durch Material des Torsionsstabs umspritzt sind. Ein möglicher einsetzbarer Kunststoff ist Polyamid, insbesondere Polyamid mit einem Glasfaseranteil.
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Neben extrudierbaren Faserverbundkunststoffen können auch Faserverbundkunststoffe mit Endlosfasern zum Einsatz kommen. Die Endlosfasern können beispielsweise als Rovings, Gewebe oder gewickelte Wellen in faserverstärkten Kunststoffen eingesetzt werden, um besonders hohe Torsionssteifigkeiten am Abstimmungselement zu erzielen.
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Weiterhin können zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Befestigungseinrichtungen eines Endabschnitts des Torsionsstabs durch eine radiale Versteifungsrippe miteinander verbunden sein, um die Bauteilfestigkeit im Bereich der Endabschnitte weiter zu verbessern.
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Ferner ist es möglich, an einem Endabschnitt des Torsionsstabs mindestens zwei Befestigungseinrichtung vorzusehen, welche in Axialrichtung des Torsionsstabs voneinander beabstandet sind, um die Krafteinleitung in den Querträger zu verbessern.
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In einer weiteren Ausführungsvariante bildet der Torsionsstab zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt einen Verbindungsabschnitt aus, welcher hohl ist. Zudem kann, alternativ oder ergänzend, der Verbindungsabschnitt einen Außenquerschnitt aufweisen, der sich zur axialen Mitte des Torsionsstabs hin verjüngt.
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Ein Abstimmungselement der vorgenannten Art kann in eine Verbundlenkerachse gemäß Patentanspruch 7 eingebaut werden, welche zwei Längslenker zur Ankopplung an einen Fahrzeugaufbau sowie einen Querträger, der die Längslenker in Fahrzeugquerrichtung miteinander verbindet und ein an einer Längsseite offenes und im Querschnitt U- oder V-förmiges Profil aufweist, umfasst. Das Abstimmungselement ist hierbei innerhalb des Profils des U-förmigen des Querträgers angeordnet, wobei dessen erster Endabschnitt und dessen zweiter Endabschnitt jeweils an einander gegenüberliegenden Schenkeln des Querträgers befestigt sind.
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Vorzugsweise ist das Abstimmungselement innerhalb des Querträgers bezogen auf dessen Profilhöhe zwischen einem Scheitel und einem offenen Fuß des Querschnittsprofils näher an dem Scheitel als an dem Fuß angeordnet, so dass durch Torsion des Querträgers bedingte Relativverschiebungen an den Anbindungsstellen der jeweiligen Endabschnitte des Abstimmungselements klein bleiben.
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In einem Querträger mit U-förmigem Profilquerschnitt wird das Abstimmungselement vorzugsweise mit einem Freigang von 0,5 bis 3 mm zu einem im Bereich des Scheitels befindlichen, die Schenkel des Querträgers verbindenden Verbindungswandabschnitt angeordnet. Hierdurch wird zum einen eine Kollision mit dem Querträger vermieden. Zum anderen sind aufgrund der möglichst hohen Anordnung im Querschnittsprofil die Relativbewegungen der an den Schenkeln einander gegenüberliegenden Anbindungsstellen für jeden Endabschnitt des Abstimmungselements gering.
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Das Abstimmungselement ist mit den Schenkeln des Querträger vorzugsweise verschraubt, vernietet oder verklebt. Die Befestigung am Querträger kann nach dem Aufbringen eines Korrosionsschutzlackes auf die Verbundlenkerachse vorgenommen sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine räumliche Ansicht eines Abstimmungselements zur Befestigung in einem Querträger einer Verbundlenkerachse nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 einen Schnitt durch das Abstimmungselement gemäß 1 entlang der Linie I-I,
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3 eine räumliche Ansicht einer Verbundlenkerachse mit Abstimmungselement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 eine Explosionsdarstellung der Verbundlenkerachse und des Abstimmungselements, letzteres vergrößert dargestellt, und in
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5 eine Detailansicht der Einbaulage des Abstimmungselements im Querträger der Verbundlenkerachse gemäß 3.
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Die 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel für ein Abstimmungselement 1 zur Befestigung in einem Querträger 101 einer in den 3 bis 5 beispielhaft dargestellten Verbundlenkerachse 100.
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Das Abstimmungselement 1 ist beispielhaft in Form eines Torsionsstabs 2 ausgebildet, welcher zwei Endabschnitte, nämlich einen ersten Endabschnitt 3 und einen zweiten Endabschnitt 4 zur Befestigung an dem Querträger 101 aufweist. Die beiden Endabschnitte 3 und 4 befinden sich an entgegengesetzten axialen Enden des Torsionsstabs 2 und sind durch einen vorzugsweise rohr- oder stabförmig ausgebildeten Verbindungsabschnitt 5 miteinander verbunden.
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Jeder Endabschnitt 3 und 4 weist an seinem radialen Außenumfang mehrere Befestigungseinrichtungen 6 zur Verbindung des Abstimmungselements 1 mit Wandabschnitten des Querträgers 101 auf. An den axialen Stirnenden des Abstimmungselements 1 sind hingegen keine Befestigungseinrichtungen 6 vorgesehen.
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Die Befestigung der Endabschnitte 3 und 4 am Querträger 101 erfolgt beispielsweise durch eine Verschraubung, Vernietung oder Verklebung. Wird der Torsionsstab 2 aus Kunststoff gefertigt, können die Befestigungseinrichtungen 6 in das Kunststoffmaterial des Torsionsstabs 2 eingebettet werden.
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Bei dem in den Figuren gezeigten Beispiel sind, ohne Beschränkung hierauf, die Befestigungseinrichtungen 6 als metallische Gewindebuchsen 7 ausgebildet, die durch Material des Torsionsstabs 2 umspritzt sind. Hierdurch wird eine stabile Verschraubung mit dem Querträger 101 ermöglicht. Wie bereits erwähnt, sind an dieser Stelle jedoch auch andere Befestigungstechniken einsetzbar, wobei lösbare Verbindungen sowie solche, die sich nach Aufbringung eines Korrosionsschutzlacks auf den Querträger 101 anbringen lassen, zu bevorzugen sind.
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Die Befestigung des Abstimmungselements 1 am Querträger 101 erfolgt für jeden der beiden der Endabschnitte 3 und 4 aus unten noch näher erläuterten Gründen an in Fahrtrichtung gegenüberliegenden Wandabschnitten des Querträgers. Dementsprechend sind an jedem Endabschnitt 3 und 4 jeweils mindestens zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Befestigungseinrichtungen 6 vorgesehen. Zwischen diesen erstreckt sich eine radiale Versteifungsrippe 8 entlang des Außenumfangs des jeweiligen Endabschnitts 3 oder 4.
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Zur Vergleichmäßigung der Krafteinleitung in den Querträger 101 können an einem oder beiden Endabschnitten 3 und 4 jeweils mindestens zwei Befestigungseinrichtungen 6 vorgesehen sein, welche in Axialrichtung des Abstimmungselements 1 voneinander beabstandet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergeben sich somit insgesamt acht Anbindungsstellen, über welche das Abstimmungselement 1 am Querträger 101 befestigt wird.
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Der sich zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt erstreckende Verbindungsabschnitt 5 des Torsionsstabs kann, wie in 2 gezeigt, hohl ausgebildet sein. Zudem ist es möglich, insbesondere bei einem gespritzten Torsionsstab 2 mit verdickten Endabschnitten 3 und 4 den Verbindungsabschnitt 5 so auszuführen, dass sich dieser zur axialen Mitte des Torsionsstabs 2 hin verjüngt. Hierdurch wird unter anderen ein Entformen begünstigt.
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Als Material für den Torsionsstab 2 kommen vor allem Polyamide und extrudierbare Faserverbundkunststoffe in Frage. Als ein mögliches Beispiel sei hier lediglich Polyamid mit einem Glasfaseranteil wie beispielweise PA66GF50 genannt.
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Ferner können Faserverbundkunststoffe mit Endlosfasern zum Einsatz kommen. Die Endlosfasern können beispielsweise als Rovings, Gewebe oder in sonstigen gewickelten Strukturen wie beispielweise Wellen bereitgestellt werden.
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Anhand der 3 bis 5 wird nachfolgend nun der Einbau eines solchen Abstimmungselements 1 in eine Verbundlenkerachse 100 näher erläutert, über welche die Hinterräder eines Kraftfahrzeugs geführt und an einem Fahrzeugaufbau abgestützt werden können. Im Folgenden verwendete Begriffe wie oben, unten, vorn, hinten, innen und außen beziehen sich auf die bestimmungsgemäße Einbaulage der Verbundlenkerachse 100 am Fahrzeug.
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Die Verbundlenkerachse 100 umfasst zwei sich vorwiegend in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende, gegebenenfalls auch etwas gepfeilt angeordnete Längslenker 102. Jeder Längslenker 102 ist mit einem in Vorwärtsfahrtrichtung vornliegenden Endabschnitt 103 an einem Fahrzeugaufbau gelenkig ankoppelbar. Hierzu ist an dem vornliegenden Endabschnitt 103 eine Lageraufnahme 104 für ein vorliegend nicht näher dargestelltes Gummi-Metall-Lager ausgebildet. Die Lageraufnahme 104 kann beispielsweise als angeschweißte Buchse ausgeführt sein. Über die Gummi-Metall-Lager ist die Verbundlenkerachse 100 um eine horizontale, in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Achse A schwenkbar. An einem rückseitigen Endabschnitt 105 eines jeden Längslenkers 102 ist jeweils ein Radträger 106 zur Lagerung eines Fahrzeugrads vorgesehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die rückseitigen Endabschnitte 105 der Längslenker 102 jeweils nach außen gekrümmt und damit zur Fahrzeugaußenseite hin ausgerichtet, wobei die Radträger 106 an den jeweiligen Stirnenden befestigt, beispielsweise angeschweißt sind. Die Längslenker 102 sind im Wesentlichen biege- und torsionssteif ausgebildet.
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Die Verbundlenkerachse 100 umfasst weiterhin den bereits erwähnten Querträger 101, der die beiden Längslenker 102 in Fahrzeugquerrichtung miteinander verbindet. Der Querträger 101 erstreckt sich in Fahrzeugquerrichtung. Er ist torsionsweich, jedoch biegesteif ausgeführt, um ein wechselseitiges Ein- und Ausfedern der Hinterräder zu ermöglichen und somit eine Stabilisatorfunktion bereitzustellen.
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Der Querträger 101 ist als einstückiges Blechformteil ausgebildet, welches ein nach unten offenes Profil aufweist. Das Profil kann beispielsweise als nach unten offenes U oder V mit zwei Schenkeln 107 ausgeführt sein. Im Fall eines V-Profils stoßen diese unmittelbar aneinander.
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Im Fall eines U-Profils sind diese im Scheitelbereich des Profils durch einen Verbindungswandabschnitt 108 miteinander verbunden.
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Ferner kann der Querträger 101 im Anschlussbereich an den jeweiligen Längslenker 102 eine auskragende Lasche 109 aufweisen, welche gegen eine Oberseite Längslenkers 102 anliegt und mit dieser verschweißt ist. Weitere Laschen 110 des Querträgers 101 umgreifen den Längslenker 102 von unten und sind mit diesem verschweißt.
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Das Querschnittsprofil des Querträgers 101 kann je nach Fahrzeuggewicht und benötigter Torsionssteifigkeit eingestellt werden. Insbesondere können sich unterschiedliche Querträger 101 durch unterschiedliche Blechdicken unterscheiden. Weiterhin ist es möglich, die Querschnittsform, insbesondere die Profilweite wie auch den Verlauf der Schenkel 107 zu variieren.
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Im Übergangsbereich zwischen dem Querträger 101 und dem jeweiligen Längslenker 102 ist ein Schubblech 111 angeordnet. Jedes der Schubbleche 111 ist von unten in den Querträger 101 eingeführt und stützt sich an den Innenseiten der Schenkel 107 ab. Die Schubbleche 111 sind in den Querträger 101 eingeschweißt. Lage und Abmessungen sind dabei so gewählt, dass ein weicher Steifigkeitsübergang vom torsionsweichen Querträger 101 in die torsionsstarren Längslenker 102 erzielt wird und abrupte Steifigkeitssprünge vermieden sind. Die Schubbleche 111 können hierzu in Richtung Fahrzeugmitte jeweils mit einem zum Scheitel des Querträgerprofils ansteigenden Abschnitt 112 ausgebildet sein. Weiterhin können die Schubbleche 111 mit einem gegenüberliegenden Endabschnitt 113 den jeweiligen Längslenker 102 untergreifen und an diesen angeschweißt sein. Über die Erstreckung der Schubbleche 11 in Richtung Fahrzeugmitte kann die Torsionssteifigkeit modifiziert werden. So ergibt sich bei einer größeren Erstreckung eine höhere Torsionssteifigkeit.
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Über unterschiedliche Querträger 101 und Schubbleche 111 kann eine erste Anpassung der Verbundlenkerachse 1 an unterschiedliche Anforderungen wie beispielsweise unterschiedliche Fahrzeuggewichte und Fahrzeugmotorisierungen vorgenommen werden.
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Soll das Spektrum der Anpassungsmöglichkeiten weiter erhöht werden, nimmt die Anzahl der benötigten Querträger- und Schubblechvarianten stark zu. Gleichzeitig steigt die Anzahl der möglichen Schweißlagen in der Fertigung.
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Um dies zu vermeiden und gleichwohl die Anzahl möglicher Torsionssteifigkeiten zu erhöhen, wird vorliegend bei Bedarf in den Querträger 101 ein Abstimmungselement 1 der oben erläuterten Art eingebaut. Hierdurch lässt sich allein bei Verwendung eines einzigen Abstimmungselements 1 praktisch eine Verdopplung möglicher Torsionssteifigkeiten erzielen.
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Das Abstimmungselement 1 wird dazu innerhalb des nach unten offenen Profils des Querträgers 101 angeordnet. Vorzugsweise ist dabei das Abstimmungselement 1 vollständig in dem Querträger 101 aufgenommen und ragt aus dem Fuß des Profils zwischen den Schenkeln 107 nicht heraus. Der erste Endabschnitt 3 und der zweite Endabschnitt 4 des Abstimmungselements 1 sind jeweils an beiden einander gegenüberliegenden Schenkeln 107 des Querträgers 101 befestigt. Die entsprechenden Anbindungsstellen an den Schenkeln 107 des Querträgers 102 liegen axial in einem Bereich zwischen den Schubblechen 111. Das Abstimmungselement 1 steift somit den torsionsweichsten Abschnitt des Querträgers 101 zwischen den Schubblechen 111 aus und ist räumlich vorzugsweise auf diesen Bereich beschränkt. Es ist jedoch auch möglich, die Anbindung am Querträger 101 in Abschnitten vorzunehmen, welche von den Schubblechen 111 überlappt werden.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Befestigung des Abstimmungselements 1 eine Verschraubung vorgesehen. Jedoch kann, wie oben bereits erläutert, eine Befestigung auch durch Vernieten oder Verkleben vorgenommen sein. Die Befestigung des Abstimmungselements 1 am Querträger 101 erfolgt bevorzugt nachdem dieser mit einem Korrosionsschutz überzogen worden ist.
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Es empfiehlt sich, das Abstimmungselement 1 möglichst im Bereich der neutralen Faser des Querträgers 101 anzuordnen, da dann die Relativverschiebungen zwischen den Anbindungspunkten an den Schenkeln 107 des Querträger klein bleiben.
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Insbesondere bei einem Querträger 101 mit einem U-förmigen, nach unten offenen Profilquerschnitt wird, wie in 5 gezeigt, das Abstimmungselement 1 möglicht hoch im Profil, d.h. in der Nähe des Scheitels 114 des Profils angeordnet. Das Abstimmungselement 1 liegt somit innerhalb des Querträgers 101 bezogen auf dessen Profilhöhe zwischen dem Scheitel 114 und dem offenen Fuß 115 des Querschnittsprofils näher zu dem Scheitel 114 als an dem Fuß 115.
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Zur Vermeidung von Bauteilkollisionen im Betrieb ist das Abstimmungselement 1 im Querträger 101 in nicht tordiertem Zustand mit einem Freigang von 0,5 bis 3 mm zu dem im Bereich des Scheitels 114 befindlichen Verbindungswandabschnitt 108 angeordnet.
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Das Abstimmungselement 1 bietet die Möglichkeit, ohne Erhöhung der Variantenvielfalt in Bezug auf das Schweißen der Verbundlenkerachse eine größere Anzahl an Torsionssteifigkeiten für einen Verbundlenkerachsentyp anzubieten. Der Verbau des Abstimmungselement 1 kann insbesondere auch nach Aufbringen eines Korrosionsschutzes auf die Verbundlenkerachse erfolgen. Hierdurch wird es zudem möglich, die Torsionssteifigkeit nachträglich kundenseitig zu erhöhen. Werksseitig kann ein solch nachträglicher Verbau beispielsweise für kleinere Serien sportlich abgestimmter Fahrzeuge eingesetzt werden, um eine erhöhte Torsionssteifigkeit kostengünstig bereitzustellen.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie weiterer Abwandlungen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Insbesondere können technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiter Einzelmerkmale erläutert wurden, unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, auch wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist ausdrücklich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abstimmungselement
- 2
- Torsionsstab
- 3
- Endabschnitt
- 4
- Endabschnitt
- 5
- Verbindungsabschnitt
- 6
- Befestigungseinrichtung
- 7
- Gewindebuchse
- 8
- Versteifungsrippe
- 100
- Verbundlenkerachse
- 101
- Querträger
- 102
- Längslenker
- 103
- vornliegender Endabschnitt
- 104
- Lageraufnahme
- 105
- rückseitiger Endabschnitt
- 106
- Radträger
- 107
- Schenkel
- 108
- Verbindungswandabschnitt
- 109
- Lasche
- 110
- weitere Laschen
- 111
- Schubblech
- 112
- ansteigender Abschnitt
- 113
- gegenüberliegender Endabschnitt
- 114
- Scheitel des Profils
- 115
- Fuß des Profils
- A
- Schwenkachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1338447 A2 [0002]
- DE 10064438 A1 [0002]
- DE 10254556 A1 [0002]
- DE 102007022283 A1 [0002]
- DE 102009004441 A1 [0002]
- DE 102009035015 A1 [0002]
- DE 102009050058 A1 [0002]
- DE 102013217639 A1 [0002]
