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Die Erfindung betrifft eine Starrachse als Hinterachse eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 10 der Erfindung betrifft dieselbe ferner ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Starrachse.
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Unter einer Starrachse wird im Wesentlichen eine Radaufhängung an einem Kraftfahrzeug, insbesondere Hinterradaufhängung verstanden, bei der die Radnaben beider Räder einer Achse drehbar mit einem starren Achskörper verbunden sind. Im einfachsten Fall ist besagter Achskörper über Blattfedern mit dem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs verbunden. Werden demgegenüber Schraubenfedern vorgesehen, ist die Achse überwiegend an Lenkern (Längslenker, Querlenkern) geführt, die mit dem Fahrgestell oder dem Fahrzeugaufbau verbunden sind. Ist besagte Starrachse über besagte Schraubenfedern mit dem Fahrgestell oder dem Fahrzeugaufbau verbunden, können sich unkontrollierte Seitwärtsbewegungen der Achse ergeben, was insbesondere die Spurtreue des Kraftfahrzeugs verschlechtern kann. Um diesem nachteiligen Umstand zu begegnen, findet seit geraumer Zeit ein Querlenker nach Art eines sogenannten Panhard®-Stabes Verwendung, der besagte Seitwärtsbewegungen abfängt bzw. verhindert. Ein derartiger Querlenker verbindet dabei eine Seite der Starrachse mit der anderen Seite des Fahrgestells oder des Fahrzeugaufbaus. Des Weiteren ist es bekannt, sogenannte Stabilisatorstäbe einzusetzen, welche bei Kurvenfahrt ein durch die Fliehkraft am Fahrzeugaufbau verursachtes Wanken des Kraftfahrzeugs mindern.
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Die
DE 10 2014 218 325 A1 offenbart eine Starrachse eines Nutzfahrzeugs mit einem Achsrohr, an dessen distalen Enden je ein Fahrzeugrad drehbar gelagert ist, sowie mit einem Lenkerelement, insbesondere Längslenker, welcher einenends schwenkbar am Rahmen des Nutzfahrzeugs gelagert ist und anderenends mit dem Achsrohr in einem Fügebereich durch Schweißen verbunden ist. Das Achsrohr weist sozusagen eine Druckhälfte und eine Zughälfte auf, wobei sich die Druckhälfte auf der Oberseite und die Zughälfte auf der Unterseite des Achsrohres befindet. Der Längslenker ist als einstückiges Gussteil ausgebildet und ausschließlich im Bereich der Druckhälfte des Achsrohres mit demselben durch Schweißen verbunden.
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Die
WO 2008/095286 A1 offenbart eine Aufhängungskomponente für ein Fahrzeug, mit einem gusseisernen Längslenker, einem hochfesten Stahlrohr und einem Adapterring. Diese Druckschrift lehrt, dass es zu Schwierigkeiten kommen kann, Bauteile aus verschiedenen Materialien strukturell miteinander zu verbinden. Insbesondere soll das Fügen von Gusseisen und Stahl durch Schweißen, beispielsweise MIG-Schweißen, aufgrund des hohen Kohlenstoffgehaltes des Gusseisens zu einer spröden und damit brüchigen Schweißverbindung respektive Schweißnaht führen. Um diesem nachteiligen Umstand zu begegnen, wird mit dieser Druckschrift vorgeschlagen, zunächst den Adapterring, welcher aus einem kohlenstoffarmen Stahl hergestellt ist, durch Kondensator-Entladungsschweißen mit dem Längslenker aus Gusseisen zu verbinden. Im Anschluss daran wird das Stahlrohr nach einem MIG- oder TIG-Schweißverfahren über eine Schweißnaht am Adapterring befestigt.
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Die
US 2010/0127470 A1 offenbart eine Verbundlenkerachse, mit Längslenkern aus Gusseisen und einem Torsionsträger aus Stahl. Die Fügeverbindung zwischen den Längslenkern und dem Torsionsträger wird unter Vermittlung eines Verbindungsrohres erreicht, welches aus einem gut mit dem Torsionsträger schweißbaren Material, insbesondere aus Stahl besteht. Im Wesentlichen wird mit dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass zunächst das Verbindungsrohr während der Herstellung des gusseisernen Längslenkers in denselben teilweise eingegossen, sozusagen integral mit demselben ausgebildet wird, und im Anschluss daran das Verbindungsrohr mit dem Torsionsträger durch Schweißen gefügt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Starrachse als Hinterachse zur Verfügung zu stellen, welche im Hinblick auf den Stand der Technik weiter verbessert ist sowie bei Gewährleistung sicherer Fügeverbindungen, insbesondere Schweißverbindungen, zwischen Bauteilen, die nach unterschiedlichen Fertigungsverfahren hergestellt sind, eines geminderten Herstellungsaufwandes bedarf.
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Ausgehend von einer Starrachse als Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, mit einem sich in Fahrzeugquerrichtung (Y-Richtung) erstreckenden Achsrohr aus einem Stahl, an dem beidenends je ein Radträger aus einem Stahl angeordnet ist, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Radträger als Schmiedeteile ausgebildet sind und dass das Achsrohr stirnseitig stoffschlüssig durch Schweißen direkt mit den Radträgern verbunden ist.
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Durch diese Maßnahme ist bei einfacher und kostengünstiger Herstellung der Radträger selbst eine sichere und ebenfalls kostengünstige, nämlich direkte Fügeverbindung zwischen den Radträgern und dem Achsrohr gewährleistet. Durch direkte Fügeverbindung zwischen den geschmiedeten Radträgern und dem Achsrohr, jeweils aus einem Stahl, bevorzugt nach einem MAG-Schweißverfahren (MAG = Metall-Aktivgas-Schweißen), sind aufwendige Adapterlösungen, wie sie der Stand der Technik bei einem ersten Fügepartner aus Gusseisen und einem zweiten Fügepartner aus Stahl, favorisiert, entbehrlich.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach ist vorgesehen, dass das Achsrohr stirnseitig umlaufend mit den Radträgern verschweißt ist. Hierdurch wird eine dichte Schweißnaht erzeugt, welche aufwendigen Korrosionsschutz im Inneren des Achsrohres entbehrlich macht.
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Um eine hochbelastbare, insbesondere in Fahrzeughochrichtung (Z-Richtung) steife Starrachse zu schaffen, ist in Fortbildung der Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass das Achsrohr einen ovalen Querschnitt mit zwei orthogonal zueinander angeordneten Symmetrieachsen aufweist, wobei eine der Symmetrieachsen länger als die andere ist, und wobei das Achsrohr derart im Kraftfahrzeug angeordnet ist, dass die längere Symmetrieachse sich in Fahrzeug-Hochrichtung (Z-Richtung) erstreckt.
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Wie die Erfindung weiter vorsieht, ist die Starrachse zur sicheren Führung und Abstützung derselben am Fahrzeugaufbau bevorzugt als Doppel-Längslenker-Hinterachse ausgebildet, indem im Bereich der Enden des Achsrohres an demselben Anbindungsstellen für jeweils zwei Längslenker vorgesehen sind.
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Bevorzugt sind die besagten Anbindungsstellen durch erste, untere Konsolen für erste, untere Längslenker und zweite, obere Konsolen für zweite, obere Längslenker gebildet, woraus eine kinematisch günstige Anordnung der Längslenker bezüglich des gewünschten Fahr- und Federungsverhaltens des Kraftfahrzeugs resultiert.
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Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass die ersten, unteren Konsolen jeweils stoffschlüssig durch Schweißen am Achsrohr festgelegt sind, wogegen die zweiten, oberen Konsolen jeweils stoffschlüssig durch Schweißen sowohl am Achsrohr als auch am Radträger festgelegt sind. Durch die zusätzliche Einbindung der Radträger in die Festlegung und Abstützung der zweiten, oberen Konsolen und damit auch der zweiten, oberen Längslenker ist die Belastung des Achsrohres durch besagte Konsolen vorteilhaft gemindert.
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Wie die Erfindung noch vorsieht, sind im Bereich der Enden des Achsrohres bevorzugt an demselben dritte Konsolen zur Anbindung je eines Dämpferbeines sowie Federteller zur Abstützung je einer als Tragfeder fungierenden Schraubendruckfeder durch Schweißen festgelegt. Darüber hinaus sind bevorzugt am Achsrohr zwei vierte Konsolen zur Anbindung je eines Stabilisatorstabes sowie eine fünfte Konsole zur Anbindung eines Querlenkers nach Art eines Panhard®-Stabes jeweils stoffschlüssig durch Schweißen festgelegt. Aufgrund der Nähe der vorstehenden Konsolen zum betreffenden Radträger ist die Belastung auf das Achsrohr minimiert. Ferner ist eine schnelle Ableitung der Stützkräfte in den Fahrzeugaufbau gewährleistet.
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Wie die Erfindung schließlich noch vorsieht, kann es sich vorliegend um eine Hinterachse eines Kraftfahrzeugs mit Frontantrieb [4x2] oder mit Allradantrieb [4x4] handeln, wobei die Radträger der Hinterachse des Kraftfahrzeugs mit Frontantrieb einstückig jeweils einen Achszapfen zur Lagerung des betreffenden Fahrzeugrades ausbilden, wogegen die Radträger der Hinterachse des Kraftfahrzeugs mit Allradantrieb je ein Lagerauge für eine Radnabeneinheit des betreffenden Fahrzeugrades aufweisen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, mit einer Starrachse der vorbeschriebenen Art.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung soll die übliche Fahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs mit„-x“ („minus x“), die Richtung entgegen seiner üblichen Fahrtrichtung mit „+x“ („plus x“), ausgehend von der üblichen Fahrtrichtung (-x) die Richtung in der Horizontalen quer zur x-Richtung nach rechts gesehen mit „+y“, ausgehend von der üblichen Fahrtrichtung (-x) die Richtung in der Horizontalen quer zur x-Richtung nach links gesehen mit „-y“, die Richtung in der Vertikalen quer zur x-Richtung nach oben gesehen mit „+z“, und die Richtung in der Vertikalen quer zur x-Richtung nach unten gesehen mit „-z“ bezeichnet werden. Diese Bezeichnungsweise der Raumrichtungen in kartesischen Koordinaten entspricht dem in der Kraftfahrzeugindustrie allgemein verwendeten Koordinatensystem. Überdies werden Begriffe wie „vorne“, „hinten“, „oben“ „unten“ sowie Begriffe mit ähnlichem Bedeutungsinhalt einschließlich der Begriffe „rechts“ und „links“ in der Weise verwendet, wie sie zur Richtungsbezeichnung an einem Kraftfahrzeug üblicherweise gebraucht werden. Es zeigen:
- 1 äußerst schematisch ein mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten und als Starrachse ausgebildeten Hinterachse ausgestattetes Kraftfahrzeug in einer Heckansicht,
- 2 eine perspektivische Einzelansicht der besagten Hinterachse gemäß einer ersten Ausführungsvariante derselben,
- 3 die Einzelheit „Z“ nach 2,
- 4 eine perspektivische Einzelansicht der besagten Hinterachse gemäß einer zweiten Ausführungsvariante derselben, und
- 5 die Einzelheit „Y“ nach 4.
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1 zeigt zunächst äußerst schematisch ein Kraftfahrzeug 1 in einer Heckansicht, mit einer als Starrachse 2 ausgebildeten Hinterachse, über die zwei hintere Fahrzeugräder 3 geführt und an einem Fahrzeugaufbau 4 abgestützt sind.
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Erste Ausführungsvariante (2 und 3):
- Gemäß 2 weist besagte Starrachse 2 respektive Hinterachse ein sich in Fahrzeugquerrichtung (Y-Richtung) erstreckendes Achsrohr 5 auf, an dem beidenends je ein Radträger 6 angeordnet ist. Sowohl das Achsrohr 5 als auch die Radträger 6 bestehen aus einem Stahl. Die Radträger 6 sind hierbei als Schmiedeteile ausgebildet.
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Das Achsrohr 5 ist beidenends stirnseitig stoffschlüssig durch Schweißen direkt mit je einem Radträger 6 verbunden. Bevorzugt ist das Achsrohr 5 nach einem an sich bekannten MAG-Schweißverfahren (MAG = Metall-Aktivgas-Schweißen) mit den Radträgern 6 gefügt. Hierzu ist eine umlaufende Schweißnaht 7 (3) vorgesehen, wodurch das Achsrohr 5 dicht verschlossen wird und wie bereits oben dargetan, aufwendiger Korrosionsschutz im Inneren des Achsrohres 5, wie beispielsweise Wachsen, entbehrlich ist.
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Gemäß dieser Ausführungsvariante der Erfindung handelt es sich um eine Starrachse 2 respektive Hinterachse für ein Kraftfahrzeug 1 mit Frontantrieb [4x2]. Im Hinblick darauf weisen die Radträger 6 einstückig jeweils einen Achszapfen 8 zur Lagerung des betreffenden Fahrzeugrades 3 auf. Darüber hinaus sind aus insbesondere 3 am Radträger 6 vorgesehene Anbindungsstellen für ein nicht zeichnerisch dargestelltes Bremsenabdeckblech, einen Bremssattel und/oder einen Raddrehzahlsensor ersichtlich. Die besagten Anbindungsstellen sind vorliegend durch Bohrungen 9 gebildet, die ihrerseits im, Zusammenbau von nicht zeichnerisch dargestellten Schrauben oder -bolzen durchsetzt sind.
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Wie insbesondere der 3 noch entnehmbar ist, weist das Achsrohr 5 einen ovalen Querschnitt mit zwei orthogonal zueinander angeordneten Symmetrieachsen auf, wobei eine der Symmetrieachsen länger als die andere ist. Das Achsrohr 5 ist insoweit derart im Kraftfahrzeug 1 angeordnet ist, dass die längere Symmetrieachse sich in Fahrzeug-Hochrichtung (Z-Richtung) erstreckt. Hierdurch ist ein Achsrohr 5 mit hoher Steifigkeit in Fahrzeughochrichtung (Z-Richtung) geschaffen, welches sich vorteilhaft auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs 1 auswirkt.
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Die als Hinterachse ausgebildete Starrachse 2 ist zur sicheren Führung und Abstützung derselben am Fahrzeugaufbau 4 als Doppel-Längslenker-Hinterachse ausgebildet, indem im Bereich der beiden Enden des Achsrohres 5 an demselben jeweils Anbindungsstellen für je zwei nicht zeichnerisch dargestellte Längslenker vorgesehen sind. Die besagten Anbindungsstellen sind durch erste, untere Konsolen 10 für erste, untere Längslenker und zweite, obere Konsolen 11 für zweite, obere Längslenker gebildet, wodurch eine kinematisch günstige Anordnung der Längslenker bezüglich des gewünschten Fahr- und Federungsverhaltens des Kraftfahrzeugs 1 gegeben ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Konsolen 10, 11 so angeordnet, dass die ersten, unteren Längslenker entgegen der üblichen Fahrtrichtung (+x-Richtung) und die zweiten, oberen Längslenker in der üblicher Fahrtrichtung (-x-Richtung), jeweils vorzugsweise schräg nach Fahrzeug-außen ausgerichtet sind (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Die ersten, unteren Konsolen 10 sind durch Blechumformteile gebildet und bevorzugt ebenfalls durch MAG-Schweißen am Achsrohr 5 stoffschlüssig befestigt. Darüber hinaus ist radseitig der ersten, unteren Konsole 10 eine dritte Konsole 12 am Achsrohr 5 stoffschlüssig durch vorzugsweise MAG-Schweißen befestigt, welche ihrerseits durch zwei separate, jedoch miteinander korrespondierende Konsolenbleche 12a, 12b gebildet ist. Die dritte Konsole 12 dient als sogenannte kombinierte Konsole 12 zum einen der lösbaren Befestigung eines nicht zeichnerisch dargestellten Dämpferbeins und zum anderen in Kombination mit der ersten, unteren Konsole 10 der Befestigung des jeweiligen ersten, unteren Längslenkers. Zur lösbaren Befestigung des Dämpferbeins und des ersten, unteren Längslenkers verfügen die Konsolen 10, 12 über Bohrungen 13, welche im Zusammenbau von nicht zeichnerisch dargestellten Befestigungsschrauben oder -bolzen durchsetzt sind.
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Bei der zweiten, oberen Konsole 11 handelt es ich ebenfalls um ein Blechumformteil, welches vorliegend als U-Profil mit zwei Befestigungsflanschen 11a, 11b und einem dieselben untereinander verbindenden Verbindungssteg 11c gebildet sind. Die Befestigungsflansche 11a, 11b weisen Bohrungen 14 zur lösbaren Befestigung des jeweiligen zweiten, oberen Längslenkers mittels Befestigungsschraube oder -bolzen auf. Die zweite, obere Konsole 11 ist mittels eines Befestigungsflansches 11a am Achsrohr 5 und mittels des anderen Befestigungsflansches 11b am benachbart angeordneten Radträger 6 bevorzugt ebenfalls durch MAG-Schweißen stoffschlüssig befestigt.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist fahrzeuginnenseitig benachbart der jeweiligen zweiten, oberen Konsole 11 je Fahrzeugseite ein an sich bekannter Federteller 15 durch Schweißen, bevorzugt ebenfalls durch MAG-Schweißen, am Achsrohr 5 festgelegt. Besagter Federteller 15 dient der Abstützung je einer nicht zeichnerisch dargestellten und als Tragfeder fungierenden Schraubendruckfeder. Die Federteller 15 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel demnach auf der in üblicher Fahrtrichtung (-x-Richtung) des Kraftfahrzeugs weisenden Mantelfläche des Achsrohres 5 angeordnet und befestigt.
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Darüber hinaus sind am Achsrohr 5 auf der den Federtellern 15 gegenüberliegenden Seite des Achsrohres 5 zwei vierte Konsolen 16 zur Anbindung je eines an sich bekannten und demgemäß nicht zeichnerisch dargestellten Stabilisatorstabes am Achsrohr 5 stoffschlüssig durch Schweißen, bevorzugt ebenfalls durch MAG-Schweißen, festgelegt. Die vierten Konsolen 16 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel jeweils durch ein U-Profil gebildet und mittels der beiden Profilflansche am Achsrohr 5 festgelegt. Auch die vierten Konsolen 16 weisen Bohrungen 17 zur lösbaren Befestigung des betreffenden Stabilisatorstabes mittels Befestigungsschraube oder -bolzen auf.
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Eine fünfte Konsole 18 zur Anbindung eines an sich bekannten und demgemäß nicht zeichnerisch dargestellten Querlenkers nach Art eines Panhard®-Stabes ist auf der nach Fahrzeug-oben weisenden Mantelfläche des Achsrohres 5 angeordnet und stoffschlüssig durch Schweißen, bevorzugt ebenfalls durch MAG-Schweißen, festgelegt. Auch die fünfte Konsole 18 weist Bohrungen 19 zur lösbaren Befestigung des Panhard®-Stabes mittels Befestigungsschraube oder -bolzen auf.
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Zweite Ausführungsvariante (4 und 5):
- Die 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in den vorherigen Zeichnungsfiguren bezeichnet sind, so dass zu deren Erläuterung auch auf die vorstehende Beschreibung der ersten Ausführungsvariante der Erfindung verwiesen wird.
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Diese Ausführungsvariante unterscheidet sich zur vorbeschriebenen zunächst dadurch, dass es sich hier um eine als Hinterachse ausgebildete Starrachse 2 eines Kraftfahrzeugs 1 mit Frontantrieb [4x4] handelt, deren jeweils als Schmiedeteil ausgebildete Radträger 6 ein Lagerauge 20 für eine nicht zeichnerisch dargestellte Radnabeneinheit des betreffenden Fahrzeugrades 3 aufweisen. Der Radträger 6 weist gemäß 5 ferner Bohrungen 21 zur Befestigung der Radnabeneinheit am Radträger 6 mittels nicht zeichnerisch dargestellter, besagte Bohrungen 21 durchsetzender Befestigungsschraube oder -bolzen auf.
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Darüber hinaus sind die ersten, unteren Konsolen 10 auf Seiten des betreffenden Federtellers 15 an demselben, respektive unter Vermittlung des Federtellers 15 am Achsrohr 5 durch Schweißen, bevorzugt ebenfalls durch MAG-Schweißen, festgelegt. Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante ist auch die dritte, sogenannte kombinierte Konsole 12 fahrzeugaußenseitig benachbart des betreffenden Federtellers 15 sowohl an demselben als auch am Achsrohr 5 durch Schweißen, bevorzugt ebenfalls durch MAG-Schweißen, festgelegt.
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Die dritte, sogenannte kombinierte Konsole 12 ist im Querschnitt gesehen durch ein Kastenprofil gebildet. Der jeweilige Federteller 15 bildet einen nach Fahrzeug-oben gerichteten Begrenzungsflansch 22 aus, der einenends mit einer Stirnfläche an der dritten Konsole 12 und anderenends mittels einer Stirnfläche an der Außenmantelfläche des Achsrohrs 5 festgelegt ist. Durch die Kombination all dieser Merkmale ist ein besonders steifer Fügeverbund geschaffen.
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Was die fünfte Konsole 18 anbelangt, ist diese ebenfalls in diesem besonders steifen Bereich des Achsrohres 5 an demselben durch Schweißen festgelegt. Die vierten Konsolen 14 sind in Anlehnung an 2 zur ersten Ausführungsvariante der Erfindung an der in den 4 und 5 nicht sichtbaren und den Federtellern 15 gegenüberliegenden Mantelfläche des Achsrohres 5 angeordnet und durch Schweißen festgelegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Starrachse
- 3
- Fahrzeugrad
- 4
- Fahrzeugaufbau
- 5
- Achsrohr
- 6
- Radträger
- 7
- Schweißnaht
- 8
- Achszapfen
- 9
- Bohrung
- 10
- erste Konsole
- 11
- zweite Konsole
- 11a
- Befestigungsflansch
- 11b
- Befestigungsflansch
- 11c
- Verbindungssteg
- 12
- dritte Konsole
- 12a
- Konsolenblech
- 12b
- Konsolenblech
- 13
- Bohrung
- 14
- Bohrung
- 15
- Federteller
- 16
- vierte Konsole
- 17
- Bohrung
- 18
- fünfte Konsole
- 19
- Bohrung
- 20
- Lagerauge
- 21
- Bohrung
- 22
- Begrenzungsflansch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014218325 A1 [0003]
- WO 2008/095286 A1 [0004]
- US 2010/0127470 A1 [0005]
