DE19522898A1

DE19522898A1 - Drehstab

Info

Publication number: DE19522898A1
Application number: DE19522898A
Authority: DE
Inventors: Wolfhard Koenig; Werner Dipl Ing Moehrmann; Heinz-Peter Stiel
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: KOENIG, WOLFHARD, 70619 STUTTGART, DE; M?HRMANN, WERNER, DIPL.-ING., 76571 GAGGENAU, DE
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 1997-01-02
Also published as: US5810338A

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehstab, insbesondere einen Stabilisator für Kraftfahrzeuge, welcher einen Drehstabarm und einen damit einstückig verbundenen Drehstabrücken sowie einen - vorzugsweise bogenförmig und/oder mit verstärktem Querschnitt ausgebildeten - Übergangsbereich zwischen Dreh stabarm und Drehstabrücken aufweist und bei vorgegebener bzw. vorgebbarer Anordnung durch Krafteinleitung an durch die Anordnung konstruktiv vorgegebenen Kraftangriffspunkten auf Torsion und/oder Biegung beansprucht wird.

Derartige Drehstäbe sind grundsätzlich bekannt, beispiels weise aus der DE-OS 28 05 007 sowie der DE-OS 28 46 445.

Falls der Drehstab als sogenannter Querstabilisator eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist, ist der Drehstabrücken in Fahrzeugquerrichtung angeordnet und an beiden Enden mit jeweils einem Drehstabarm versehen, wobei sich die Drehstab arme im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken bzw. eine Komponente in Fahrzeuglängsrichtung aufweisen. Nahe der Drehstabarme ist der Drehstabrücken am Chassis des Fahrzeuges drehgelagert. Die freien Enden der Drehstabarme sind mit Achsteilen bzw. Radführungsteilen der Fahrzeug räder einer Achse verbunden.

Grundsätzlich ist bei allen Komponenten eines Kraftfahrzeuges ein geringes Gewicht erwünscht, um den Leistungsbedarf des Fahrzeuges beim Fahrbetrieb möglichst gering zu halten bzw. im Rahmen eines vorgegebenen zulässigen Gesamtgewichtes des Fahrzeuges dessen zulässige Nutzlast zu erhöhen.

Dies gilt auch für die Ausbildung von Stabilisatoren.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, als Stabilisatoren von Kraftfahrzeugen geeignete Drehstäbe mit vergleichsweise ge ringem Gewicht zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drehstab zumindest bereichsweise in Längsabschnitte unter teilbar ist,

- die bei virtueller Querschnittsänderung annähernd gleiche Werte für das Differential d (I/c_i)/dV_i aufweisen, wobei c_i die auf die Kraftangriffspunkte bezogene anteilige Federrate und V_i das Volumen des jeweiligen Längsabschnittes sind, und/oder
- die annähernd gleiche Werte für das mathematische Produkt c_iV_i aufweisen und/oder
- die annähernd gleiche Werte für die innerhalb der Längsab schnitte auftretende maximale Spannung aufweisen.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Dreh stab so auszubilden, daß das innerhalb der Außenschicht jedes Längsabschnittes untergebrachte Material hinsichtlich der Federrate des Drehstabes besser genutzt wird als dasjenige Material, welches bei einer virtuellen Querschnittsver größerung des jeweiligen Längsabschnittes außerhalb der Außenschicht des tatsächlichen Querschnittes des Längsab schnittes läge.

Im Falle eines Drehstabes mit kreisförmigem Querschnitt sind die beiden ersten Bedingungen weitestgehend gleichbedeutend.

Die Anzahl sowie die - gegebenenfalls unterschiedlichen - Längen der Längsabschnitte können unter Berücksichtigung zusätzlicher Forderungen vorgegeben werden. Beispielsweise könnte im Hinblick auf eine vereinfachte Fertigung vorge geben werden, daß innerhalb eines bestimmten Längsabschnittes ein beispielsweise durch Drehstablager vorgegebener Quer schnitt vorhanden und außerhalb dieses Längsabschnittes nur eine vorgegebene geringe Anzahl von Längsabschnitten mit unterschiedlichen Querschnitten gegeben sein soll.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorge sehen, jeden Längsabschnitt mit gleichbleibendem Querschnitt auszubilden, so daß benachbarte Längsabschnitte unter Bildung einer Umfangsstufe aneinander anschließen.

Statt dessen ist es auch möglich, die Längsabschnitte zwischen Nachbarabschnitten mit unterschiedlichen Quer schnitten derart konusförmig oder in ähnlicher Weise aus zubilden, daß die vorgenannten Umfangsstufen vermieden werden. Dabei wird die optimale Konusform erreicht, wenn der Drehstab in sehr viele und dementsprechend kurze Längs abschnitte untergliedert ist, für die die genannten Bedin gungen gelten.

Im Falle eines rohrförmigen Drehstabes ist es für die Herstellung zweckmäßig, die gewünschte Form dadurch herzu stellen, daß ein zur Bildung des Drehstabes dienendes Rohr, dessen Längsachse bereits weitestgehend die Form der Längs achse des gewünschten Drehstabes aufweist, in eine Negativ form eingelegt und sodann über beide Rohrenden im Innenraum mit hydraulischem Druck in der Größenordnung von 2.000 bis 3.000 bar beaufschlagt wird, wobei das Rohr gleich zeitig axial gestaucht wird. Damit schmiegt sich das Rohr unter irreversibler Verformung an die Negativform an, durch die bei entsprechender Ausgestaltung grundsätzlich beliebige Querschnittsverläufe des Drehstabes vorgegeben werden können.

Im übrigen wird hinsichtlich vorteilhafter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsformen verwiesen, die anhand der Zeich nung beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Drehstab gemäß einer ersten Ausführungsform, bei der jeweils Längsabschnitte mit gleichbleibenden Querschnitten vorgesehen sind, und

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform, bei der die Längsabschnitte konusförmig ausgebildet sind.

Der in Fig. 1 dargestellte Drehstab 1 besitzt in grund sätzlich bekannter Weise einen in Drehlagern 2 an einem nicht dargestellten Chassis oder an damit verbundenen Teilen eines Kraftfahrzeuges drehgelagerten Drehstabrücken 1′ sowie daran einstückig anschließende Drehstabarme 1′′, die an ihren freien Enden mit nicht dargestellten Radführungs teilen für die ebenfalls nicht dargestellten, höhenbeweglich am Fahrzeug angeordneten Fahrzeugräder verbunden sind. Wenn die Räder unterschiedliche Vertikalhübe ausführen oder sich relativ zum Fahrzeugaufbau in einander entgegengesetzten Richtungen bewegen, werden die Drehstabarme 1′′ relativ zu einander in Achsansicht des Drehstabrückens 1′ verwinkelt, wobei der gesamte Drehstab 1 sowohl auf Torsion als auch auf Biegung beansprucht wird.

Im dargestellten Fall ist der Drehstab 1 in eine Vielzahl von Längsabschnitten unterteilt, die nachfolgend mit L_i bezeichnet werden, wobei der Index i für unterschiedliche Längsabschnitte unterschiedliche Zahlen darstellt. Diese Längsabschnitte L_i besitzen, wie dargestellt, unterschied liche Querschnitte, wobei beispielsweise die Querschnitte der Längsabschnitt L₁ im Bereich der Drehlager 2 durch die Bemessung der Drehlager vorgegeben sein mögen.

Bei unterschiedlichen Vertikalhüben der Räder, d. h. bei unterschiedlichen Schwenkbewegungen der Drehstabarme 1′′ werden alle Längsabschnitte L_i elastisch verformt, d. h. tordiert und/oder verbogen. Jedem Längsabschnitt L_i kann dabei für die auftretende Verformung eine Federrate c_i zugeordnet werden, welche das Verhältnis zwischen dem Maß der Verformung und den die Verformung bewirkenden Kräften am jeweiligen Längsabschnitt L_i wiedergibt. Dabei bildet die Summe der Reziprokwerte 1/c_i der Federraten sämtlicher Längsabschnitte L_i den Reziprowert 1/c der Gesamtfederrate des Drehstabes 1.

Hierbei sei angemerkt, daß die Werte von c_i jedes Längs abschnitten L_i nicht nur von dessen Länge und Querschnitt sondern auch von dessen Lage im Drehstab 1 sowie von der Form des Drehstabes 1 sowie der Anordnung seiner Lager 2 und der Verbindungen mit den Radführungsteilen abhängig ist. Die jeweiligen Werte von c_i beziehen sich also auf eine vor gegebene Form des Drehstabes 1 sowie auf durch die Lager 2 und die Anordnung der Verbindungen zu den Radführungsteilen vorge gebene Kraftangriffspunkte.

Die Querschnitte der verschiedenen Längsabschnitte L_i werden zunächst so vorgegeben, daß die Differentiale d (1/c_i)/dV_i aller Längsabschnitte L_i bei einer virtuellen Querschnittsänderung zumindest angenähert gleiche Werte aufweisen. Dies ist gleichbedeutend damit, daß der Dreh stab 1 ein relatives Gewichtsoptimum besitzt. Würde nämlich einer der Längsschnitt L_i mit vergrößertem Querschnitt aus gebildet und dafür ein anderer der Längsabschnitte L_i mit vermindertem Querschnitt versehen, derart, daß die Gesamt federrate des Drehstabes 1 unverändert bliebe, so ergäbe sich eine Gewichtserhöhung des Drehstabes.

Die Werte dV_i können hierbei bildlich als Hohlzylinder dar gestellt werden, deren Länge der längs des jeweiligen Ab schnittes L_i entspricht und deren Wanddicke "unendlich" gering ist.

Nachfolgend wird eine Bemessungskontrolle durchgeführt, wobei zunächst eine tolerierbare Spannung vorgegeben wird, welche in keinem der Längsabschnitte L_i überschritten werden soll, wenn sich der Drehstab maximal verformt, wie es auf grund seiner konstruktiven Anordnung und Ausgestaltung ermöglicht wird. Sodann werden für die Längsabschnitte L_i solche Querschnitte ermittelt, bei denen alle Längsab schnitte L_i bei maximaler Verformung des Drehstabes 1 an nähernd den gleichen vorgegebenen Maximalwert der Spannung aufweisen. Sollte sich nun herausstellen, daß bei dieser Ermittlung der Querschnitte der Querschnitt eines der Längsabschnitte L₁ größer ist als bei der zuerst beschrie benen Ermittlung der Querschnitte, so wird der Querschnitt dieses letzteren Längsabschnittes auf den letzteren Wert erhöht.

Danach erfolgt dann nach dem ersten Ermittlungsverfahren eine erneute Berechnung der Querschnitte der übrigen Längsabschnitte, und zwar derart, daß die Gesamtfederrate des Drehstabes 1 den gewünschten Wert hat.

Gegebenenfalls werden die genannten Berechnungen mehrfach wiederholt, um sicherzustellen, daß einerseits die zulässige Maximalspannung an keiner Stelle des Drehstabes 1 über schritten wird und andererseits ein relatives Gewichts optimum gegeben ist.

Unter Zugeständnissen an das erreichbare Minimalgewicht kann auch ein Drehstab vorgegebener Federrate mit der gleichen Maximalspannung in jedem der gewählten Längs abschnitte konzipiert werden. Dabei ist der Spannungswert, der sich bei sonst gegebenen Bedingungen einstellt, der niedrigst mögliche. Auf diese Weise läßt sich preiswertes Material mit niedrigeren zulässigen Beanspruchungswerten einsetzen.

Gemäß Fig. 2 können die Längsabschnitte L_i auch jeweils konusförmig ausgebildet sein, wobei dann der Querschnitt in einem axial mittleren Bereich eines Konusabschnittes jeweils dem Querschnitt des entsprechenden Längsabschnittes der Fig. 1 entspricht.

Claims

1. Drehstab, insbesondere Stabilisator für Kraftfahrzeuge, welcher einen Drehstabarm und einen damit einstückig ver bundenen Drehstabrücken sowie einen - vorzugsweise bogen förmigen und/oder mit verstärktem Querschnitt ausgebildeten - Übergangsbereich zwischen Drehstabarm und Drehstabrücken aufweist und bei vorgegebener bzw. vorgebbarer Anordnung durch Krafteinleitung an durch die Anordnung konstruktiv vorgegebenen Kraftangriffspunkten auf Torsion und/oder Biegung beansprucht wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehstab (1) zumindest bereichsweise in Längs abschnitte unterteilbar ist, die

- bei virtueller Querschnittsänderung annähernd gleiche Werte für das Differential d (1/c_i)/dV_i aufweisen, wobei c_i die auf die Kraftangriffspunkte bezogene anteilige Federrate und V_i das Volumen des jeweiligen Längsabschnittes (L_i) sind,

und/oder

- annähernd gleiche Werte für das mathematische Produkt c_iV_i aufweisen

und/oder

- annähernd gleiche Werte für die innerhalb der Abschnitte (L_i) auftretende maximale Spannung aufweisen.

2. Drehstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsabschnitte (L_i) gleiche Längen aufweisen.

3. Drehstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstab (1) rohrförmig ausgebildet ist.

4. Drehstab nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstab (1) innerhalb der Längsabschnitte (L_i) einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist, welcher sich am Übergang zu einem benachbarten Längsabschnitt stufenförmig ändert.

5. Drehstab nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Längsabschnitt (L_i), die zwischen Nachbarab schnitten mit unterschiedlichen Querschnitten ange ordnet sind, konusähnlich ausgebildet sind und einen stufenlosen Übergang zu den Nachbarabschnitten aufweisen.

6. Drehstab nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Längsabschnitte (L_i) zumindest bereichsweise kontinuierlich - stufen- und kantenfrei - veränderte Querschnitte aufweisen.

7. Drehstab nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsabschnitte (L_i) zumindest bereichsweise in extrem erhöhter Anzahl und mit extrem vermindert er Länge (Anzahl gegen Unendlich, Länge gegen Null) vorgesehen sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines Drehstabes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstab (1) rohrförmig ausgebildet ist und dadurch hergestellt wird, daß ein Rohr in eine Negativ form eingesetzt und durch hydraulische Druckbeaufschlagung seines Innenraumes und vorzugsweise durch gleichzeitige Stauchung seiner Enden unter Anschmiegung an die Negativ form aufgeweitet wird.