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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugachse für ein Kraftfahrzeug, die einen Stabilisator aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, das wenigstens eine solche Fahrzeugachse aufweist.
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Als Stabilisator wird eine Einrichtung verstanden, die in bekannter Weise die Wankbewegungen eines Kraftfahrzeugs verringern soll, indem quasi die Einfederbewegung eines Rads über ein bspw. als Dreh- bzw. Torsionsstab ausgebildetes Federelement oder dergleichen auf das gegenüberliegende Rad übertragen wird. Die meist als abgewinkelte Schenkel (Hebelarme) ausgebildeten Stabilisatorenden sind hierzu direkt oder indirekt (z. B. über Koppelstangen bzw. Pendelstützen) mit Radträgern oder dafür vorgesehenen Radlenkern der gegenüberliegenden Räder (einer Fahrzeugachse) verbunden.
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Die
DE 10 2012 206 061 A1 beschreibt einen Stabilisator für ein Kfz. Wesentliche Bestandteile dieses Stabilisators sind ein als Stahlrohr ausgebildeter Drehstab (
20) und zwei jeweils im Bereich eines Endabschnitts des Drehstabs abgewinkelt angeordnete Hebelarmelemente (
30). Im Bereich der Längsenden des Drehstabs (
20) ist jeweils eine insbesondere topfartige Lageraufnahme (
40) vorgesehen, welche ein Stabilisatorlager (
60) aufnimmt. Die Hebelarmelemente (
30) können integral mit den Lageraufnahmen (
40) hergestellt und nachfolgend mit dem Drehstab (
20) verschweißt werden. Die Lageraufnahmen (
40) sowie die Hebelarmelemente (
30) können zunächst auch getrennt voneinander hergestellt sein, wobei nachfolgend die Lageraufnahmen (
40) an den Drehstab (
20) angebracht und die Hebelarmelemente (
30) entweder auch am Drehstab (
20) oder an der Lageraufnahme (
40) angebracht werden, insbesondere durch Schweißen oder Kleben. Ferner ist auch eine Ausführungsform beschrieben, bei der der Drehstab (
20) an seinen beiden Enden jeweils hohl ausgebildet, insbesondere aufgebohrt, ist zur Bereitstellung der beiden Lageraufnahmen (
40). Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der Drehstab (
20) an seinen Enden zur Bereitstellung der Lageraufnahme (
40) mittels herkömmlicher Umformtechniken aufgeweitet ist, um eine Lageraufnahme (
40) mit vorgegebenem Durchmesser für das jeweilige Lager bereitzustellen.
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Die nächstliegende
WO 2018/104761 A1 beschreibt einen Stabilisator (
10) zur Verwendung in einem Fahrzeug. Der Stabilisator (
10) umfasst eine Hohlwelle (
12), welche mittels Halterungen (
14) an eine Achse (
16) montiert ist. In jedem Ende der Hohlwelle (
12) ist eine Lagerbaugruppe (
18) angeordnet, welche an der zugehörigen Halterung (
14) befestigt ist. Ferner ist auf jedem Ende der Hohlwelle (
12) ein Hebelarm (
30) an der Außenseite der Hohlwelle (
12) befestigt, bspw. aufgeschweißt oder aufgeklemmt. Wie aus
3 und
4 ersichtlich, sind die Hebelarme (
30) in den Bereichen der Hohlwelle (
12) angebracht, in denen sich auch die Lagerbaugruppen (
18) befinden.
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Zum Stand der Technik wird ferner hingewiesen auf die
DE 37 30 337 A1 , welche eine Lagerung eines am Aufbau eines Kraftfahrzeuges gehaltenen Stabilisators beschreibt, und auf die
DE 10 2008 049 940 A1 , welche eine Hohlwellen-Verbindungseinrichtung beschreibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugachse mit Stabilisator anzugeben, welche eine besonders kompakte und robuste Anordnung des Stabilisators aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Fahrzeugachse des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen (PKW) oder ein leichtes Nutzfahrzeug (z. B. Transporter), das wenigstens eine erfindungsgemäße Fahrzeugachse aufweist bzw. damit ausgestattet ist. Bevorzugt ist zumindest die Vorderachse erfindungsgemäß ausgebildet. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeugachse umfasst einen Achsträger, der insbesondere rahmenartig aufgebaut ist und daher auch als Achs- oder Hilfsrahmen bezeichnet werden kann, und einen am Achsträger gelagerten Stabilisator, der einen Torsions- bzw. Drehstab sowie zwei (an den Längsenden des Torsionsstabs angeordnete) Stabilisatorschenkel (die als separate Bauteile ausgebildet sind) aufweist. Der Torsionsstab (des Stabilisators) ist an seinen beiden Längsenden (Torsions- bzw. Drehstabenden) jeweils mit einer Lageraufnahme ausgebildet (vgl. o. g. Stand der Technik), in welcher (jeweils) ein Stabilisatorlager zur Verbindung des Torsionsstabs mit dem Achsträger aufgenommen ist. Bevorzugt weisen die Lageraufnahmen einen von einer Innenmantelfläche bzw. einem Innenprofil umgebenen Hohlraum auf, in dem das Stabilisatorlager angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die beiden Stabilisatorschenkel (des Stabilisators) jeweils mit einer Nabe ausgebildet und mittels Welle-Nabe-Verbindungen an den Außenmantelflächen bzw. Außenprofilen der Lageraufnahmen (die sich an den Längsenden des Torsionsstabs befinden) befestigt sind, insbesondere derart, dass die Naben der Stabilisatorschenkel die Außenmantelflächen der Lageraufnahmen ringartig, insbesondere vollumfänglich, umgreifen bzw. umschließen. Ferner sind zur Lagerung des Torsionsstabs zwei gegenüberliegende Konsolen vorgesehen, die mit den Stabilisatorlagern verschraubt sind, wobei diese Konsolen als U-Profile ausgebildet sind, welche die Längsenden des Torsionsstabs einfassen ohne die Bewegbarkeit der Stabilisatorschenkel einzuschränken.
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Jeder der beiden Stabilisatorschenkel ist also über eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer der Lageraufnahmen an den Längsenden des Torsionsstabs drehfest verbunden, sodass Drehmomente übertragen werden können. Die Welle-Nabe-Verbindungen können kraft- bzw. reibschlüssig, formschlüssig (wie nachfolgend noch näher erläutert) oder auch stoffschlüssig (z. B durch Verkleben, Verlöten oder Verschweißen) ausgebildet sein.
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Die Lageraufnahmen (an den Längsenden des Torsionsstabs) dienen also jeweils sowohl der inneren Anordnung eines Stabilisatorlagers als auch der äußeren Anordnung eines Stabilisatorschenkels, wodurch sich ein sehr kompakter und vergleichsweise einfach herstellbarer Aufbau ergibt. Ferner wirken die Naben der Stabilisatorschenkel als Armierungen für die Lageraufnahmen (Armierungswirkung), die insbesondere hohen Lagerkräften bzw. hohen Flächenpressungen an den Innenmantelflächen entgegenwirken. Dadurch ergibt sich einerseits ein sehr stabiler bzw. robuster sowie auch kompakter Aufbau, der die Übertragung hoher Kräfte und Drehmomente ermöglicht. Andererseits können die Lageraufnahmen oder gegebenenfalls auch der ganze Torsionsstab vergleichsweise massearm ausgebildet werden (Leichtbau). Bspw. können die Lageraufnahmen vergleichsweise dünnwandig ausgebildet werden.
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Bevorzugt ist der Torsionsstab mit den Lageraufnahmen an seinen beiden Längsenden einstückig ausgebildet. Der Torsionsstab kann bspw. als (einstückiges) Hohlprofil bzw. Rohr, z. B. als Stahl- oder Verbundrohr, ausgebildet sein, wobei die offenen Rohrenden als Lageraufnahmen fungieren. Das Rohr kann an seinen Rohrenden aufgeweitet sein. Das Rohr kann einen räumlichen Verlauf (mit nahezu beliebigem Routing) aufweisen. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das Rohr einen geraden Verlauf aufweist, also ein gerades Rohr ist. Der Torsionsstab kann auch aus zwei identischen Rohrstücken, die axial mittig gefügt sind, gebildet sein.
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Die Stabilisatorlager können mit den Lageraufnahmen kraft- bzw. reibschlüssig, formschlüssig oder auch stoffschlüssig verbunden und hierzu bspw. in die Lageraufnahmen eingeklebt, einvulkanisiert und/oder eingepresst sein und stützen sich an den Innenmantelflächen ab. Die Lageraufnahmen können auch mit einer unrunden, d. h. nicht-zylinderförmigen Innenmantelfläche ausgebildet sein, sodass zwischen den Lageraufnahmen und den darin angeordneten Stabilisatorlagern ein zusätzlicher Formschluss für die Drehmomentübertragung besteht. Die Innenmantelflächen können bspw. polygonal bzw. vieleckig, trilobular, mit einer Innenverzahnung oder dergleichen ausgebildet sein. Die Stabilisatorlager können mit einer entsprechenden Außenform bzw. Außenkontur ausgebildet sein.
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Die mit Naben ausgebildeten Stabilisatorschenkel können auf die Lageraufnahmen aufgeklemmt, aufgepresst, aufgeschweißt oder aufgeklebt sein. Die Lageraufnahmen können auch mit einer unrunden, d. h. nicht-zylinderförmigen Außenmantelfläche ausgebildet sein, sodass zwischen den Lageraufnahmen und den darauf angeordneten Stabilisatorschenkeln ein zusätzlicher Formschluss für die Drehmomentübertragung besteht. Die Außenmantelflächen können bspw. polygonal bzw. vieleckig, trilobular, mit einer Außenverzahnung oder dergleichen ausgebildet sein. Die Stabilisatorschenkel bzw. deren Naben können dementsprechend mit einer korrespondierenden Innenform bzw. Innenkontur ausgebildet sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Innenmantelflächen und die Außenmantelflächen der Lageraufnahmen dieselbe Kontur aufweisen und sich nur durch einen Wanddickenoffset unterscheiden.
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Zur Befestigung bzw. Lagerung des Torsionsstabs weist der Achsträger zwei gegenüberliegende Konsolen (Halterungen) auf, die mit den Stabilisatorlagern (des zwischen diesen Konsolen angeordneten Torsionsstabs) verschraubt oder äquivalent verbolzt sind, wobei diese Konsolen als U-Profile ausgebildet sind, welche die Längsenden des Torsionsstabs einfassen ohne die Bewegbarkeit der Stabilisatorschenkel einzuschränken. D. h., die gegenüberliegenden Konsolen am Achsträger nehmen den Torsionsstab derart zwischen sich auf, dass einerseits die Längsenden des Torsionsstabs von den U-Profilen eingefasst sind und andererseits die Freigängigkeit bzw. Bewegbarkeit der Stabilisatorschenkel gegeben bzw. gewährleistet ist. Bevorzugt sind die Konsolen an Verbindungsknoten, welche Quer- und Längsträger des Achsträgers bzw. -rahmens verbinden und daher besonders stabil sind, angeordnet. Die als U-Profile ausgebildeten Konsolen können einstückig mit den Verbindungsknoten ausgebildet sein (bspw. als Guss- oder Schmiedeteile) oder können separat gefertigt (bspw. als Schmiede- oder Blechteile) und an die Verbindungsknoten angeschraubt oder angeschweißt sein.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Torsionsstab (des Stabilisators) in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs hinter einem vorderen Querträger des Achsträgers bzw. -rahmens angeordnet ist. Der Torsionsstab kann somit im Crashfall, insbesondere bei einem Frontalcrash, als zusätzlicher Lastpfad und/oder als zusätzliches Crashenergieabsorptionselement fungieren. Der Torsionsstab kann einen vergleichsweise großen Durchmesser aufweisen, insbesondere wenn dieser zusammen mit den Lageraufnahmen als einstückiges Rohr ausgebildet ist (wie oben beschrieben), was sich positiv auf die Crashsicherheit auswirkt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
- 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die rechte Achsseite einer PKW-Vorderachse.
- 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch das Stabilisatorlager gemäß dem in 1 angedeuteten Schnittverlauf (A-A).
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1 zeigt nur die rechte Vorderseite einer erfindungsgemäßen Fahrzeugvorderachse 100. Der Pfeil F gibt die Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs an. Die linke Achsseite ist zur Fahrzeugslängsrichtung im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet. Die Fahrzeugachse 100 weist einen rahmenartigen Achsträger 110 auf, der in dem gezeigten Bereich einen vorderen Querträger 120, einen rechten Längsträger 130 sowie einen diese Träger verbindenden Verbindungsknoten 140, der zugleich auch der Befestigung der Fahrzeugachse 100 an der Fahrzeugkarosserie dient, umfasst. Die Fahrzeugachse 100 weist ferner einen Stabilisator 150 auf, der einen Torsionsstab 160 sowie zwei Stabilisatorschenkel 170 (zu sehen ist nur der rechte Stabilisatorschenkel), die an den Längsenden des Torsionsstabs 160 angeordnet sind, umfasst.
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Der Torsionsstab 160 ist in Fahrtrichtung F hinter dem vorderen Querträger 120 angeordnet und an seinen beiden Längsenden über Konsolen 180 am Achsträger 110 gelagert. Die Konsolen 180 sind an den Verbindungsknoten 140 angeordnet und als einander zugewandte U-Profile ausgebildet, welche die Längsenden des Torsionsstabs 160 einfassen. Dadurch hat der Stabilisator 150 in axialer Richtung des Torsionsstabs 160 kein oder nur ein begrenztes Bewegungsspiel (eine Längsbewegung ist durch die Nachgiebigkeit der in 2 gezeigten Elastomerelemente 192 grundsätzlich möglich, wird jedoch durch die als Anschläge fungierenden Konsolen 180 begrenzt), ohne andererseits die Bewegbarkeit bzw. Schwenkbarkeit der Stabilisatorschenkel 170 einzuschränken. Die als U-Profile ausgebildeten Konsolen 180 haben auch eine Schutzwirkung.
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2 zeigt in einer Schnittdarstellung den konstruktiven Aufbau am rechten Längsende des Torsionsstabs
150. (Das linke Längsende ist im Wesentlichen identisch bzw. symmetrisch ausgebildet.) Der Torsionsstab
160 ist als gerades, einstückiges Rohr ausgebildet. Das gegebenenfalls aufgeweitete Längsende
161 fungiert als Lageraufnahme für ein im offenen Rohrende bzw. Endbereich angeordnetes Stabilisatorlager
190. Das Stabilisatorlager
190 weist eine metallische Innenhülse (Kern)
191 und ein die Innenhülse
191 umgebendes Elastomerelement
192 auf (sogenanntes Gummi-Metall-Lager). Das Stabilisatorlager
190 ist eingeklebt, einvulkanisiert und/oder eingepresst. Die Innenmantelfläche des Rohrendes bzw. der Lageraufnahme
161 kann auch unrund ausgebildet sein, sodass sich ein zusätzlicher Formschluss ergibt. Ferner kann das Stabilisatorlager
190 eine metallische Außenhülse aufweisen (wie in der
DE 10 2012 206 061 A1 beschrieben), die zwecks Vorspannbarkeit insbesondere geschlitzt ausgebildet ist (geschlitzte Spannhülse).
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Der Torsionsstab 160 ist mit dem Achsträger 110 verbunden, indem das Stabilisatorlager 190 bzw. dessen Kern 191 mit dem orthogonal zur Dreh- bzw. Längsachse D des Torsionsstabs 160 ausgerichteten Mittelsteg 181 der Konsole 180 verschraubt oder verbolzt ist (siehe Schraube 195). Das im Rohrende 161 aufgenommene Stabilisatorlager 190 fungiert somit quasi als Drehlager für den Torsionsstab 160. Die Konsole 180 bzw. deren Mittelsteg 181 ist hierzu mit einer Befestigungsbohrung ausgebildet. Bevorzugt ist der Torsionsstab 160 nur an seinen beiden Längsenden in der zuvor beschriebenen Weise gelagert. Gleichwohl kann optional noch eine mittige Befestigung mittels sogenannter Stabilisatorschellen oder dergleichen am Achsträger 110 erfolgen.
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Wie ferner aus 2 ersichtlich, ist der Stabilisatorschenkel 170 mit einer Nabe 171 ausgebildet und über eine Welle-Nabe-Verbindung direkt auf der Außenmantelfläche bzw. auf dem Außenprofil des Rohrendes bzw. der Lageraufnahme 161 befestigt. Der Stabilisatorschenkel 170 greift also außen am Rohrende 161 bzw. Endbereich des Torsionsstabs 160 an. Der Stabilisatorschenkel 170 kann auf das Rohrende bzw. die Lageraufnahme 161 aufgeklemmt, aufgepresst, aufgeschweißt oder aufgeklebt sein. Ferner kann die Außenmantelfläche des Rohrendes bzw. der Lageraufnahme 161 unrund ausgebildet sein, wobei die Nabe 171 des Stabilisatorschenkels 170 mit einer korrespondierenden Innenform bzw. Innenkontur ausgebildet ist, sodass ein zusätzlicher Formschluss für die Drehmomentübertragung besteht. Die Nabe 171 des Stabilisatorschenkels 170 umgreift also ringartig das Rohrende bzw. die Lageraufnahme 161, wodurch sich um das Stabilisatorlager 190 herum ein vorteiliger Armierungs- bzw. Verstärkungseffekt ergibt.
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Die Stabilisatorschenkel 170 sind, vorzugweise einstückig, aus Metall (bspw. Stahl, Aluminium oder Magnesium) gefertigt. Die Stabilisatorschenkel 170 können auch aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, gefertigt sein und eine metallische Nabe 171 aufweisen.
