DE102022102773A1

DE102022102773A1 - Verbundlenkerachse mit schwenkbarer Radaufhängung

Info

Publication number: DE102022102773A1
Application number: DE102022102773.2A
Authority: DE
Inventors: Erik Schultz; Vitalis Rudi; Jürgen Hummelt
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2022-02-07
Filing date: 2022-02-07
Publication date: 2022-03-31
Also published as: CN116552187A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugachse, insbesondere Verbundlenkerhinterachse (1), welche aus einem Torsionsprofil (2) mit daran angebundenen Längsschwingen (3) ausgebildet ist, wobei an den freien Enden der Längsschwingen (3) jeweils eine Radaufhängung (7) über mindestens eine Lagerung gekoppelt ist, so dass die Radaufhängung (7) schwenkbar gelagert mit dem Ende der Längsschwinge gekoppelt ist, wobei auf die Kraftfahrzeug-Vertikalrichtung z bezogen, eine obere Lagerstelle (10) vorhanden ist und zwei untere Lagerstellen (11, 12), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der unteren Lagerstellen (11, 12), als Radiallager ausgebildet ist, und dass mindestens eine untere Lagerstelle (11, 12) mit einer Exzenterschraube(14) gekoppelt ist, dergestalt, dass der Sturz und/oder Spur des Rades durch Verdrehen der Exzenterschraube (14) einstellbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugachse gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik sind Kraftfahrzeugachsen in verschiedensten Bauweisen bekannt. Insbesondere bei Hinterachskonstruktionen sind beispielsweise Doppelquerlenkerachsen, Raumlenkerachsen, Vierpunktlenkerachsen oder aber Integralachsen bekannt. Alle vorbenannten Achstypen bieten die Möglichkeit von umfangreichen Einstellungsmöglichkeiten von Spur, Sturz, Nachlaufwinkel und Spreizung für die Grundeinstellung des Rades. Darüber hinaus kann durch spezielle Anordnung der Achsbauteile zueinander eine Achskinematik erreicht werden, die bei einzelnen in der täglichen Benutzung eines Kraftfahrzeuges auftretenden Fahrmanövern eine entsprechende Einfederung bzw. Ausfederung des Rades ermöglichen und dabei gewünschte Radbeiwerte derart korrigieren, dass stets ein unterkritisches Fahrverhalten gewährleistet wird.
Insbesondere bei hecklastigen Fahrzeugen, beispielsweise Lieferwagen, Kombiwagen oder aber auch Fahrzeugen, in denen der Motor im Heck platziert ist, ist aufgrund der höheren Masse im Bereich der Hinterachse eine Übersteuertendenz vorhanden. Gestützt wird dies weiterhin, wenn zusätzlich ein Heckantrieb vorhanden ist. Um hier eine erhöhte Seitenführungskraft des Rades hervorzurufen, ist es daher möglich, den Sturz oder aber auch die Spur zu ändern. Bei erhöhtem negativem Sturz oder aber erhöhter Vorspur kommt es zu einer Erhöhung der Seitenführungskraft, weshalb beim Einfedern zumindest bei dem Rad auf der kurvenäußeren Seite entweder ein stärkerer negativer Sturz aber eine erhöhte Vorspur, eine erhöhte Seitenführungskraft hervorruft, so dass ein kritischer Fahrzustand bzw. ein Übersteuern vermieden wird.
Beispielsweise ist aus der EP 2 497 660 B1 eine gattungsbildende Verbundlenkerachse mit einer Radaufhängung bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Verbundlenkerachse derart weiterzubilden, dass sich eine längere Lebensdauer ergibt, die Möglichkeit der Einstellung der Radbeiwerte gegeben ist sowie die Herstellungskosten verringert sind.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Kraftfahrzeugachse gemäß den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Kraftfahrzeugachse ist insbesondere eine Verbundlenker-Hinterachse, ganz besonders bevorzugt wird diese in ein Elektrofahrzeug eingebaut. Diese ist aus einem Torsionsprofil mit daran angebundenen Längsschwingen ausgebildet. An den freien Enden der Längsschwingen ist jeweils eine Radaufhängung über mindestens eine Lagerung gekoppelt, so dass die Radaufhängung relativ beweglich bzw. schwenkbar zu dem Ende der Längsschwinge gekoppelt ist. Bezogen auf die Kraftfahrzeug-Vertikalrichtung ist eine obere Lagerstelle vorhanden und zwei untere Lagerstellen. Die unteren Lagerstellen sind in Kraftfahrzeug-Längsrichtung voneinander beabstandet.
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Kraftfahrzeugachse dadurch aus, dass mindestens eine der unteren Lagerstellen als Radiallager ausgebildet ist. Ein Radiallager ist ein Lager, mit deutlich höherer Radialsteifigkeit im Vergleich zu der axialen Steifigkeit. Erfindungsgemäß wird hierfür ein Faktor 35 bis 45 zu 1, insbesondere 38 - 42 zu 1, gewählt. Dies bedeutet, dass die Radialsteifigkeit ca. 40 mal größer ist, als die axiale Steifigkeit.
Ferner ist vorgesehen, dass mindestens eine untere Lagerstelle mit einer Exzenterschraube gekoppelt ist bzw. über eine Exzenterschraube mit dem Ende der Längsschwinge gekoppelt ist, der Gestalt, dass der Sturz und/oder die Spur des Rades durch Verdrehen der Exzenterschraube einstellbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, insbesondere die Verwendung des Radiallagers in Verbindung mit der Exzenterschraube, ergibt sich die Möglichkeit der Einstellung der Radbeiwerte, insbesondere Sturz und/oder Spur.
Insgesamt ergibt sich somit die Möglichkeit der Einstellbarkeit der Radbeiwerte, günstigere Produktionskosten der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugachse sowie darüber hinaus eine höhere Haltbarkeit.
Der obere Lagerpunkt ist insbesondere ein Kugelgelenk. Alternativ ist besonders bevorzugt der obere Lagerpunkt, ein Gummilager bzw. Gummimetalllager. Auch hier ist es wiederum gegenüber einem Kugelgelenk möglich, dass das Gummimetalllager kostengünstiger herzustellen ist. Ein Bolzen zur Befestigung des oberen Gummimetalllagers ist dann insbesondere in Kraftfahrzeug-Längsrichtung orientiert, der Gestalt, dass eine Schwenkachse um die die obere Lagerstelle schwenkbar ist, sich in Kraftfahrzeug-Längsrichtung orientiert, so dass die obere Lagerstelle um die Kraftfahrzeug-Längsrichtung schwenkbar ist.
In Verbindung mit der Tatsache, dass das auf die Kraftfahrzeug-Längsrichtung bezogen untere, hintere Lager ein Radiallager ist, welches insbesondere über eine Exzenterschraube gelagert ist, ist es somit möglich, die Spur des damit aufgehängten Rades einzustellen. Spur einstellen bedeutet, dass das Rad im normalen Einfederungszustand unter Berücksichtigung der statischen Radlast in Vorspur bzw. Nachspur einstellbar ist.
Hierzu ist insbesondere die untere hintere Lagerstelle in Kraftfahrzeug-Längsrichtung hinter der oberen Lagerstelle angeordnet.
Besonders bevorzugt ist das Radiallager im Sinne der Erfindung selbst als Gummimetalllager ausgebildet. Dies weist eine Innenhülse und eine Außenhülse auf. Zwischen Innenhülse und Außenhülse ist eine Gummischicht ausgebildet. Besonders bevorzugt ist eine Zwischenhülse, zwischen der Innenhülse und der Außenhülse zusätzlich mit angeordnet. Insbesondere wird hierdurch die Radialsteifigkeit des Gummimetalllagers als Radiallager erhöht. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die obere Lagerstelle ebenfalls als Gummimetalllager ausgebildet ist. Hierzu wird insbesondere ein kugelförmig ausgebauchtes Gummimetalllager verwendet. Durch diese Maßnahme ist es möglich, dass die obere Lagerstelle nicht nur um ihre Längsachse schwenkbar ist, sondern auch ein Drehfreiheitsgrad um eine Achse rechtwinklig zur Längsachse mit geringem Drehwiderstand zu erfahren.
Weiterhin besonders bevorzugt sind beide unteren Lagerstelle als Radiallager ausgebildet. Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften, Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Diese dienen zum einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:

1 eine Verbundlenkerachse,
2 perspektivische Ansicht auf eine Radaufhängung und
3 Ausgestaltung eines Gummimetalllagers für die obere Lagerstelle.
4 Querschnittsansicht durch ein Gummimetalllager für die hintere untere Lagerstelle.

In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Verbundlenkerachse (1). Diese weist ein Torsionsprofil (2) auf, welches an seinen jeweiligen Enden mit Längsschwingen (3) gekoppelt ist. Diese Längsschwingen (3) sind wiederum mit einer Federaufnahmeplatte (4) gekoppelt. An dem jeweiligen Ende (5) einer Längsschwinge (3) ist eine Radaufhängung (7) gekoppelt. Dies ist insbesondere dargestellt in 2, einer perspektivischen Ansicht auf eine Radaufhängung (7). Hierzu ist eine Aufnahmeschale (8) bereitgestellt, die beispielsweise ein Blechbauteil sein kann. Ferner ist ein Radträgerelement (9) in der Aufnahmeschale (8) über drei Lagerstellen (10, 11, 12) angeordnet. Auf die Kraftfahrzeug-Vertikalrichtung z bezogen obere Lagerstelle (10), sowie zwei untere Lagerstellen (11, 12), eine vordere untere Lagerstelle (11) und eine hintere untere Lagerstelle (12). Die Bezeichnung vordere untere Lagerstelle (11) und hintere untere Lagerstelle (12) erfolgt aufgrund der Anordnung in Kraftfahrzeug-Längsrichtung.
Ferner dargestellt ist in 2 ein auf die Kraftfahrzeug-Querrichtung y außenliegender Federschwerpunkt 16. Dieser ist gebildet durch eine Längsachse der vorderen unteren Lagerstelle 11. Die Längsachse ist dabei eine Verlängerung eines angedeuteten Schraubbolzens der vorderen unteren Lagerstelle 11. Ferner eine Verlängerung der Radialrichtung bzw. einer Querachse der unteren hinteren Lagerstelle. Ferner eine virtuelle Lenkachse, die gebildet wird durch die obere Lagerstelle 10, sowie den definierten außenliegenden Federschwerpunkt.
Hierzu ist gemäß 2 eine Längsachse bzw. sich ergebene Schwenkachse (13) der oberen Lagerstelle in Kraftfahrzeug-Längsrichtung x orientiert. Ferner dargestellt ist, dass die untere hintere Lagerstelle (12) mit einer Exzenterschraube (14) gekoppelt ist. Hierzu weist die Exzenterschraube (14) eine exzentrisch gelagerte Unterlegscheibe (15) auf. Durch Verdrehen der Exzenterschraube (14) mit der exzentrischen Unterlegscheibe (15) wird die untere hintere Lagerstelle (12), insbesondere in Kraftfahrzeug-Querrichtung y verlagert. Ist die gewünschte Position eingenommen, so kann diese fixiert werden. Das Radträgerelement (9) kann an der unteren hinteren Lagerstelle (12), auf die Bildebene bezogen, von links nach rechts bewegt werden. Hierdurch verschwenkt sich das Radträgerelement (9) insbesondere um die z-Achse, wodurch die Spur des nicht näher dargestellten Rades, einstellbar ist. Das Radträgerelement (9) weist hier dargestellt vier Schraublöcher auf zur Aufnahme einer nicht näher dargestellten Radnabe.
3 zeigt eine Ausgestaltung eines Gummimetalllagers für eine obere Lagerstelle, welches eingesetzt wird in der oberen Lagerstelle (10). Hierzu ist das Lager kugelförmig ausgebaucht. Dies bedeutet, dass eine innenliegende Gummischicht (20) eine kugelförmige Ausbauchung (21) aufweist. Das Lager dreht sich um die Schwenkachse (10), welche auch die Längsachse dieses Lagers ist. Durch die Ausbauchung wird eine geringere Drehsteifigkeit um eine Achse orthogonal zur Schwenkachse (10) erzeugt. Mit Blick auf 2 kann somit die obere Lagerstelle nicht nur um die Schwenkachse (13) gedreht werden, sondern auch orthogonal zu der Schwenkachse (13). Diese Bewegung kann mit geringem Widerstand, also geringer Drehsteifigkeit erfolgen. Erfolgt beispielsweise an der unteren hinteren Lagerstelle (12) eine Verstellung, so schwenkt das Radträgerelement nicht nur um die Schwenkachse (13), sondern auch orthogonal dazu. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme der Ausbauchung (21) in dem Lager der oberen Lagerstelle (10) ist eine entsprechende Schwenkbewegung bzw. auch dauerelastischer Sitz eines solch festeingestellten Spur- oder Sturzwertes erfindungsgemäß ermöglicht.
4 zeigt weiterhin eine Querschnittsansicht durch ein Gummimetalllager für die hintere untere Lagerstelle (10). Dies weist eine Außenhülse (22) auf sowie eine Innenhülse (23). Dazwischen angeordnet ist eine Gummischicht (24). Damit die Radialsteifigkeit (R) in Radialrichtung eher erhöht wird, ist eine Zwischenhülse (25) angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Verbundlenkerachse
2: Torsionsprofil
3: Längsschwingen
4: Federaufnahmeplatte
5: Ende zu 3
6: Ende zu 3
7: Radaufhängung
8: Aufnahmeschale
9: Radträgerelement
10: obere Lagerstelle
11: vordere untere Lagerstelle
12: hintere untere Lagerstelle
13: Schwenkachse zu 10
14: Exzenterschraube
15: exzentrisch gelagerte Unterlegscheibe
16: Federschwerpunkt
17: Längsachse zu 11
18: Querachse zu 12
19: virtuelle Lenkachse
20: Gummischicht
21: kugelförmige Ausbauchung
22: Außenhülse
23: Innenhülse
24: Gummischicht
25: Zwischenhülse
x: Kraftfahrzeug-Längsrichtung
y: Kraftfahrzeug-Querrichtung
z: Kraftfahrzeug-Vertikalrichtung
R: Radialrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

EP 2497660 B1 [0004]

Claims

Kraftfahrzeugachse, insbesondere Verbundlenkerhinterachse (1), welche aus einem Torsionsprofil (2) mit daran angebundenen Längsschwingen (3) ausgebildet ist, wobei an den freien Enden der Längsschwingen (3) jeweils eine Radaufhängung über mindestens eine Lagerung gekoppelt ist, so dass die Radaufhängung schwenkbar gelagert an dem Ende der Längsschwinge (3) gekoppelt ist, wobei auf die Kraftfahrzeug-Vertikalrichtung (z) bezogen, eine obere Lagerstelle (10) vorhanden ist und zwei untere Lagerstellen (11, 12), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der unteren Lagerstellen (11, 12), als Radiallager ausgebildet sind, mit einem Verhältnis von Radialsteifigkeit zu Axialsteifigkeit von 35 bis 45 zu 1 und dass mindestens eine untere Lagerstelle (11, 12) mit einer Exzenterschraube (14) gekoppelt ist, dergestalt, dass der Sturz und/oder Spur des Rades durch Verdrehen der Exzenterschraube (14) einstellbar ist.
Kraftfahrzeugachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Lagerstelle (10) ein Kugelgelenk ist oder dass die obere Lagerstelle (10) ein Gummilager ist.
Kraftfahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bolzen zur Befestigung des oberen Gummimetalllagers in Kraftfahrzeug-Längsrichtung x orientiert ist, dergestalt, dass eine Schwenkachse (13) der oberen Lagerstelle (10) um die Kraftfahrzeug-Längsrichtung (x) orientiert ist.
Kraftfahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das auf die Kraftfahrzeug-Längsrichtung (x) bezogen untere, hintere Lager (12) ein Radiallager ist.
Kraftfahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide unteren Lagerstellen (11, 12) als Radiallager ausgebildet sind.
Kraftfahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Radiallager eine Zwischenhülse (25) angeordnet ist.
Kraftfahrzeugachse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Lagerstelle (10) einen kugelförmig ausgebauchtes (21) Gummimetalllager ist.