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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Verbundlenker- oder Koppellenkerachse
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie sie
beispielsweise aus der
DE
31 08 482 A1 , der
EP
0 452 835 A1 oder der
DE 32 30 114 A1 bekannt ist.
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Verbundlenker-
oder Koppellenkerachsen haben sich seit langem wegen ihres fertigungstechnisch
und montagetechnisch vergleichsweise einfachen Aufbaus, ihres vergleichsweise
geringen Gewichts sowie ihrer generell guten Fahreigenschaften in
der Praxis als Hinterachsen, insbesondere als nicht angetriebene
Hinterachsen für
Kraftfahrzeuge bewährt.
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Inzwischen
sind aus der Praxis und der Literatur für die konstruktive Gestaltung
der Längslenker und
der diese miteinander verbindenden Querstrebe vielfältige Varianten
bekannt.
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Bekannt
sind z. B. großserienmäßig eingesetzte
Verbundlenkerachsen mit einer die beiden biegesteifen Längslenker
miteinander verbindenden Querstrebe in Form eines V-Profils mit
in Fahrtrichtung nach vorn und symmetrisch zu den Längslenkerlängsachsen
ausgerichteten Schenkeln, welche ihrerseits jeweils zueinander parallel
abgeknickte Schenkelverlängerungen
besitzen.
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Die
parallel zueinander abgeknickten Schenkelverlängerungen der Profilschenkel
haben sich als Mittel bewährt,
das bei reinen V-Profilen im Fahrbetrieb bei Biegebeanspruchungen
u. U. auftretende Verbeulen im Schenkelrandbereich zu vermeiden.
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Die
Enden einer V-Profil- oder U-Profil-Querstrebe mit symmetrisch zu
den Längslenkerlängsachsen
ausgerichteten Profilschenkeln an die Längslenker anzuschweißen, ist
fertigungstechnisch sehr viel einfacher und genauer zu handhaben
als wenn diese V- oder U-Profile
zu den Längslenkerlängsachsen
verdreht eingebaut werden.
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Weiterhin
ist aus der
US 4,596,401
A eine Verbundlenkerachse bekannt, deren Längslenker durch
zwei Torsionsstäbe
miteinander verbunden sind. Diese Stäbe sind von einem Gehäuse umgeben,
das im Querschnitt V-förmig
ist. Das Gehäuse
ist zudem an die beiden Längslenker
angeschlossen und versteift so die Verbundlenkerachse. Dies soll
im Vergleich zu einem L-förmigen
Gehäuse
ein untersteuerndes Verhalten begünstigen. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist die Länge
des oberen Schenkels größer, als
die Länge
des unteren Schenkels. Zudem wird eine besondere Ausrichtung der
V-Form als vorteilhaft beschrieben.
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Schließlich ist
aus der
US 4,486,030
A eine Verbundlenkerachse bekannt, deren Querstrebe ein asymmetrisches
Profil aufweist. An diesem ist der untere Profilschenkel in Fahrzeuglängsrichtung
gesehen länger
ausgebildet als der obere. Durch diese Maßnahme soll die Festigkeit
der Querstrebe selbst sowie deren Verbindung an die Längslenker
verbessert werden.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ohne
oder ohne nennenswerten Mehraufwand eine weitere Verbundlenker-
oder Koppellenkerachse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1
genannten Art zu schaffen, die nicht nur gewöhnt einfach zu fertigen ist,
sondern auch einen spürbaren
Beitrag zur Erzielung guter Gierstabilität des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt
leistet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist im
Unteranspruch angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Verbundlenker-
oder Koppellenkerachse zeichnet sich unter Beibehaltung ihrer Fertigungsvorteile
aufgrund des symmetrisch verbauten V- oder U-Profils durch gute
Materialausnutzung der Querstrebe aufgrund eines beanspruchungsgerechten
Materialeinsatzes sowie insbesondere dadurch aus, daß bei Kurvenfahrt
auftretende Übersteuerungstendenzen
der Hinterachse vergleichsweise klein gehalten werden.
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Anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung
nachstehend näher
erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen
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1 die
Draufsicht einer erfindungsgemäßen Verbundlenker-
oder Koppellenkerachse,
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2 einen
Querschnitt durch die Querstrebe dieser Achse entlang der Schnittführung II
in 1,
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3 die
prinzipienhaft schematisierte Draufsicht einer üblichen Verbundlenker- oder Koppellenkerachse
mit und ohne Seitenkrafteinwirkung,
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4 eine
Ansicht dieser Achse in Fahrtrichtung gesehen entsprechend dem Pfeil
IV in 3 und
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5 ein
vergleichendes Diagramm über den
Spurwinkel in Abhängigkeit
vom Federweg einer erfindungsgemäßen und
einer üblichen
Verbundlenkerachse bei reiner Torsionsbeanspruchung der Querstrebe
(kein Seitenkrafteinfluß).
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Der
Lenkerverbund der erfindungsgemäßen Verbundlenker-
oder Koppellenkerachse enthält
zur Anlenkung der Fahrzeugräder 1 in üblicher
Weise zwei starre, d. h. biege- und torsionssteife Längslenker 2,
die jeweils mit ihrem einen Ende über im einzelnen nicht weiter
dargestellte bekannte Gummi- bzw. Gummi-Metall-Lager 4 schwenkbar
am nur angedeuteten Fahrzeugaufbau 5 angelenkt sind und
an ihrem freien anderen Ende Radträger bzw. Achsschenkel zur Lagerung
der Fahrzeugräder 1 tragen.
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Beide
Längslenker 2 sind
miteinander durch eine zwischen den aufbauseitigen Lenkerlagern 4 und
den Radachsen 6 der Fahrzeugräder 1 angeordnete
Querstrebe 3 verbunden, die mit ihren Enden jeweils in üblicher
Weise Winkel- und formsteif, z. B. durch Verschweißen, an
den Längslenkern 2 befestigt
ist. Diese sowohl um die Hoch- als auch um die Längsachse des Fahrzeug biegesteife,
aber tordierbare Querstrebe 3 ist – wie die Schnittdarstellung
der 2 erkennen läßt – als im
wesentlichen bekanntes V-Profil ausgebildet, das mit den beiden
Längslenkern 2 derart
verbunden ist, daß seine
beiden Profilschenkel 7 jeweils in Fahrtrichtung nach vorn
und symmetrisch zu den Längsachsen
der Längslenker 2 ausgerichtet
sind.
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Die
in Fahrtrichtung nach vorn weisenden beiden Profilschenkel 7 des
V-Profils sind mit zueinander parallel abgeknickten Schenkelverlängerungen 71, 72 versehen,
die verhindern, daß es
im Randbereich der Profilschenkel 7 während des Fahrbetriebs unter
der Einwirkung von Biegebeanspruchungen zum Verbeulen kommt, wie
dies in der Vergangenheit bei reinen V-Profilen ohne solche abgeknickten
Schenkelverlängerungen
gelegentlich vorkam.
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Im
Gegensatz zu bekannten Verbundlenkerachsen dieser Art ist das eingesetzte
V-Profil der Querstrebe 3 nun nicht symmetrisch, sondern
asymmetrisch ausgebildet, nämlich
derart, daß die
obere Schenkelverlängerung 71 des
V-Profils deutlich länger
bemessen ist als dessen untere Schenkelverlängerung 72. Vorzugsweise
wird sie etwa doppelt so lang bemessen wie die untere Schenkelverlängerung.
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Das
eingesetzte V-Profil ist zwar im Querschnitt unsymmetrisch ausgebildet,
aber im oben erwähnten
Sinne symmetrisch zu den beiden Längslenkern 2 ausgerichtet.
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Diese
vordergründig
nur gering erscheinende Modifizierung der Querstrebe 3,
die praktisch keinen Mehraufwand erfordert und auch bezüglich des Ablaufs
oder der Vorkehrungen beim Zusammenfügen und miteinander Verbinden
von Längslenker 2 und
Querstrebe 3 keinerlei Änderungen
erfordert, ermöglicht
nicht nur einen beanspruchungsgerechteren Materialeinsatz, sondern
führt auch
zu einer verbesserten Gierstabilität des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt,
da – wie
auch Versuche zeigten – grundsätzlich vorhandene Übersteuertendenzen
der Achse deutlich verkleinert werden.
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Die
Querstrebe einer Verbundlenker- oder Koppellenkerachse wird betrieblich
bekanntlich einerseits bei gegensinnigem Ein- und Ausfedern der Fahrzeugräder
1 auf
Torsion beansprucht, wobei sie in vorteilhafter Weise eine Stabilisatorwirkung
entfaltet, und andererseits unter der Einwirkung am Rad angreifender
Seitenkräfte
F
S, wie sie z. B. bei Kurvenfahrt auftreten,
auf Biegung, und zwar – wie
die
3 und
4 erkennen lassen – sowohl
um die Hochachse als auch um die Längsachse des Fahrzeugs. Um
die Hochachse ist das Biegemoment F
S·l und
um die Längsachse
das Moment F
S·r
dvn wirksam,
so daß sich
ein resultierendes Biegemoment
ergibt.
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Es
ist leicht erkennbar, daß die
Querstrebe 3 hierbei unter der Momentenbelastung FS·l
am stärksten
in den vorn liegenden Bereichen des V-Profils, d. h. in den Schenkelverlängerungen 71, 72 auf
Zug beansprucht wird und unter der Momentenbelastung FS·rdvn am stärksten
im oben liegenden Bereich des V-Profils, d. h. in der oberen Schenkelverlängerung 71.
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Betrieblich
ist also jeweils die obere Schenkelverlängerung 71 der Querstrebe 3 den
höchsten Zugbeanspruchungen
ausgesetzt.
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Wenn
die obere Schenkelverlängerung 71, wie
in 2 gezeigt, deutlich länger bemessen wird als die
untere Schenkelverlängerung 72,
dann wird dadurch in dieser hoch beanspruchten Schenkelverlängerung
auch die Zugspannung entsprechend herabgesetzt, das Material wird
also bedarfsgerechter eingesetzt.
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Wie
die Praxis zeigt, sind für
die Querstrebe einer Verbundlenker- oder Koppellenkerachse jeweils
die Zugbeanspruchungen, nicht aber die Druckbeanspruchungen kritisch.
Unter anderem deshalb werden in der Praxis üblicherweise V-Profile mit "naturbelassenen" (wie sie beim Walzen
des Querstreben-Rohlings entstehen) Schenkelkanten eingesetzt, weil
diese von Natur aus im allgemeinen auch nicht die kleinsten Rißansätze zeigen,
die betrieblich unter höheren
Zugbeanspruchungen zu Schäden
führen könnten.
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Infolge
der in der relativ zur unteren Schenkelverlängerung 72 verlängerten
oberen Schenkelverlängerung 71 reduzierten
Zugspannungen ist es durchaus denkbar, bei der erfindungsgemäßen Verbundlenker-
oder Koppellenkerachse als Querstrebe 3 gegebenenfalls
auch "unsymmetrische" V-Profile bzw. U-Profile
mit beschnittenen Schenkelkanten einzusetzen, die i. a. preisgünstiger
wären.
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Der
Einsatz eines in diesem Sinne unsymmetrischen V-Profils bzw. unsymmetrischen
U-Profils (in 2 als 7' angedeutet) führt aber nicht nur zu einem
bedarfsgerechteren und damit wirtschaftlicheren Materialeinsatz,
sondern auch zu einem verbesserten Eigenlenkverhalten, nämlich einer
verbesserten Gierstabilität
des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt, weil durch die unsymmetrische Ausbildung
des symmetrisch verbauten V-Profils beim wechselseitigen Ein- bzw.
Ausfedern der beiden Fahrzeugräder 1,
wie dies bei Kurvenfahrt auftritt, ein vergrößertes Wanklenken auftritt.
Hierbei geht nämlich
das kurvenäußere einfedernde
Fahrzeugrad 1 stärker
als üblich
in Vorspur und das kurveninnere ausfedernde Fahrzeugrad in Nachspur.
Dieses vergrößerte Wanklenken,
d. h. "In-Vorspur-Gehen" überlagert sich dem unter Seitenkrafteinfluß infolge
u. a. unvermeidbarer Eigenelastizitäten des Lenkerverbunds bewirkten "In-Nachspur-Gehen" des maßgeblichen
kurvenäußeren Fahrzeugrades
und bewirkt so ein insgesamt geringeres "In-Nachspur-Gehen" des kurvenäußeren Rades und damit eine
insgesamt geringere Übersteuertendenz
des Fahrzeugs.
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In 3 ist
rein beispielhaft gestrichelt angedeutet, daß bei Kurvenfahrt das kurvenäußere Rad einer
Verbundlenkerachse unter der Wirkung der dabei an ihm angreifenden
Seitenkraft FS um einen mit ϕ bezeichneten
gewissen Winkel nach außen,
d. h. in Nachspur verschwenkt wird. Diese seitenkraftbedingte verschwenkte
Lage des kurvenäußeren Längslenkers
und Fahrzeugrades ist stark übertrieben
gestrichelt angedeutet und mit 2' bzw. 1' beziffert.
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Das
gleichzeitig einhergehende, durch die unsymmetrische Ausbildung
des V-Profils vergrößerte Wanklenken
des kurvenäußeren einfedernden
Rades stellt eine entgegengesetzte Lenkbewegung dieses Rades dar,
so daß die
resultierende Gesamtlenkbewegung des für das Eigenlenkverhalten bzw.
die Gierstabilität
des Fahrzeugs maßgeblichen
kurvenäußeren Rades
geringer ist als bei Verwendung einer Querstrebe mit symmetrischem
V-Profil bzw. U-Profil.
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In 5 ist
zwecks besserer Anschauung ein in Versuchen entstandenes Diagramm
dargestellt, das den Spurwinkel eines – ohne jede Seitenkrafteinwirkung – ein- und
ausfedernden Fahrzeugrades 1 in Abhängigkeit vom Ein- und Ausfederweg zeigt,
und zwar in Kurve a einerseits unter Verwendung eines symmetrischen
V-Profils mit jeweils gleich langen abgeknickten Schenkelverlängerungen
und in Kurve b andererseits unter Verwendung eines in 2 dargestellten
unsymmetrischen V-Profils, bei dem die obere abgeknickte Schenkelverlängerung 71 um ΔS länger bemessen
ist als die untere abgeknickte Schenkelverlängerung 72.
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Es
ist leicht erkennbar, daß bei
gleich großem
Einfederweg bei Einsatz des erfindungsgemäßen unsymmetrischen V-Profils
ein deutlich größerer Spurwinkel
(Vorspur), d. h. ein deutlich größerer Wanklenk-Effekt
auftritt als bei Einsatz eines üblichen
symmetrischen V-Profils.
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Die
für das
Eigenlenkverhalten und die Gierstabilität bei Kurvenfahrt positive
Vergrößerung des Wanklenk-Effekts
ist ausschließlich
auf die beschriebene unsymmetrische Gestaltung des eingesetzten V-Profils
zurückzuführen und
nicht etwa auf einen größeren Materialeinsatz.
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Wenn
man z. B. rein versuchsweise ausgehend von einem symmetrischen V-Profil
mit gleich langen zueinander parallel abgeknickten Schenkelverlängerungen
sowohl die obere als auch die untere Schenkelverlängerung
in gleicher Weise um ein Maß ΔS verlängern würde, dann
würde sich
zwar eine größere Seitensteifigkeit
der Verbundlenkerachse ergeben, aber keine Vergrößerung des Wanklenk-Effekts. Wenn
dagegen lediglich die obere Schenkelverlängerung um dieses Maß ΔS verlängert wird,
dann tritt einerseits ebenfalls eine gewisse Vergrößerung der Seitensteifigkeit
der Verbundlenkerachse auf, in vorteilhafter Weise zusätzlich aber
auch eine Vergrößerung des
Wanklenk-Effekts.
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Bei
gleichem Materialeinsatz läßt sich
durch die beschriebene asymmetrische Ausbildung des V-Profils ein
größerer Wanklenk-Effekt
erzielen, der zu einem verbesserten Eigenlenkverhalten und einer verbesserten
Gierstabilität
des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt führt.
Außerdem
wird das Material beanspruchungsgerechter eingesetzt, weil es in
der höheren
Zugkräften
ausgesetzten oberen Schenkelverlängerung 71 konzentriert
wird.
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- 1
- Fahrzeugrad
- 2
- Längslenker
- 3
- Querstrebe,
U-Profil, V-Profil
- 4
- Lenkerlager
- 5
- Fahrzeugaufbau
- 6
- Radachse
- 7
- Profilschenkel
des V-Profils
- 71
- obere
Schenkelverlängerung
des V-Profils; oberer Profilschenkel eines U-Profils
- 72
- untere
Schenkelverlängerung
des V-Profils; unterer Profilschenkel eines U-Profils
