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Die Erfindung betrifft eine Radaufhängungseinheit für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, wenigstens aufweisend einen Längslenker mit einem ersten Ende zur schwenkbaren fahrzeugseitigen Anbindung, einem zweiten Ende zur Verbindung mit einem Radträger sowie einem in Richtung der Querachse elastischen und quer hierzu steifen Schwertlenkerabschnitt.
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Längslenker bilden bei Kraftfahrzeugen einen Teil der Radaufhängung. Ein solcher Längslenker kann einerseits schwenkbar mit einem Fahrzeugaufbau, also dem Chassis, einem Hilfsrahmen oder der Karosserie, verbunden sein und andererseits fest mit einem Radträger, an dem wiederum die eigentliche Drehachse des Rades angeordnet ist. Der Radträger kann seinerseits eine Trägerplatte für den Bremssattel einer Scheibenbremse umfassen. Außerdem können am Radträger z. B. ein oder mehrere Querlenker sowie ggf. Schräglenker angreifen, die schwenkbar mit dem Radträger verbunden sind. Neben diesen schwenkbaren Bauformen existieren solche, bei denen der Längslenker fest mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist und aufgrund einer gegebenen Elastizität eine Bewegung des hiermit verbundenen Radträgers ermöglicht. Unter Umständen ist der Radträger auch nicht direkt mit dem Längslenker verbunden, sondern ist an einem Querträger befestigt, der einander gegenüberliegende Längslenker miteinander verbindet.
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Bei einer im Stand der Technik üblichen Bauform bilden ein Längslenker, ein Radträger sowie ggf. eine Bremsträgerplatte eine fest miteinander verbundene Baugruppe. Hierbei werden die genannten Bauteile im Fertigungsprozess separat aus Metall gefertigt und anschließend miteinander verbunden, bspw. durch Verschweißen, Verpressen, Vernieten oder Verschrauben. Normalerweise werden der Längslenker sowie die Bremsträgerplatte aus Stahlblech gefertigt, während der Radträger entweder aus Blech geformt (bzw. aus mehreren Blechformteilen geschweißt) oder aber gegossen wird. Ein solcher Aufbau ist bspw. in der
US 2007/0007741 A1 oder der
WO 2007/024919 A2 gezeigt.
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Es bestehen verschiedene Anforderungen an den Längslenker. Zum einen soll der Längslenker in Längsrichtung möglichst steif sein, um die Drehmomente bei Bremsund Beschleunigungsprozessen aufzunehmen. Allerdings ist der mit dem Längslenker verbundene Radträger normalerweise über mehrere seitliche Verbindungen (Querlenker etc.) aufgehängt, wodurch sich eine kinematische Überbestimmung ergibt. Daher sollte der Längslenker im Falle einer vertikalen Bewegung des Rades in Querrichtung sowie bezüglich der Torsion nicht steif sein, da eine gewisse Flexibilität notwendig ist, um die Überbestimmung aufzulösen.
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Eine typische Bauform hierbei ist der sogenannte Schwertlenker, der sich normalerweise im Wesentlichen in der X-Z-Ebene erstreckt und aufgrund seiner flächigen, abgeplatteten Form in dieser Ebene relativ steif ist, während er sich in Richtung der Y-Achse elastisch verformen lässt. Allerdings kann bei aus Stahlblech geformten Längslenkern diese Flexibilität zu ungedämpften Schwingungen bei niedrigen Frequenzen führen, was unter NVH-Aspekten (Noise, Vibration, Harshness; Geräusch, Vibration, Rauheit) unerwünscht ist. Außerdem ist das Gewicht einer aus Stahlblech bestehenden Komponente vor dem Hintergrund des derzeitigen Trends zur Gewichtsersparnis und der hiermit verbundenen Reduktion des Treibstoffverbrauchs unerwünscht hoch.
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Die Steifigkeit des Längslenkers in Richtung der Längsachse kann allerdings zu Problemen führen, da mitunter ein gewisser Längenausgleich in dieser Richtung notwendig ist, bspw. beim Einfedern des Rades, oder auch um Vibrationen, die seitens des Radträgers in den Längslenker eingeleitet werden, aufzunehmen bzw. zu dämpfen. Zusätzlich ist beispielsweise bei einer Überfahrt von Einzelhindernissen wie beispielsweise Schlagleisten eine Längsweichheit der Radaufhängung für den Fahrkomfort erwünscht, die beispielsweise durch einen in Längsrichtung nachgiebigen Längslenker ermöglicht werden kann. Hierzu werden im Stand der Technik normalerweise elastische Lager verwendet, um den Längslenker am Fahrzeugaufbau anzubinden. Insbesondere können Gummi-Metall-Verbundlager mit einer äußeren sowie einer inneren Metallhülse und einem dazwischen angeordneten gummielastischen Einsatz verwendet werden. Eine derartige Anbindung über elastische Lager mit Innen- und Außenhülse ist bspw. aus der
CN 204020449 U , der
WO 2015/169948 A1 , der
US 2007/0007741 A1 , der
US 4,989,894 A oder der
EP 0 136 563 B1 bekannt. Hierbei wird die Außenhülse bspw. in einer Öffnung des Längslenkers eingepresst und ein am Fahrzeugaufbau befestigter Schaft wird durch die Innenhülse geführt. Ggf. kann der gummielastische Einsatz auch speziell an die innere Form eines Teils des Lenkers angepasst sein. Ein solcher Aufbau ist bspw. in der
US 9,102,211 B2 gezeigt.
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Neben Längslenkern aus Metall sind im Stand der Technik auch Längslenker aus Verbundwerkstoffen bekannt. So zeigt bspw. die
WO 2014/044455 A1 eine Fahrzeug-Radaufhängung mit drei Querlenkern und einem starr am Fahrzeugaufbau befestigten, elastischen Längslenker, der gleichzeitig als Tragfeder fungiert. Der Längslenker kann hierbei insbesondere aus Faserverbundwerkstoff bestehen. Bei einer gezeigten Ausgestaltung besteht der Längslenker aus zwei Teilen, die über ein Befestigungselement mittelbar am Fahrzeugaufbau befestigt sind, wobei sie unter Zwischenschaltung einer Gummischicht im Befestigungselement einvulkanisiert sein können.
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Die
DE 20 2015 103 040 U1 zeigt ebenfalls einen Längslenker, der wenigstens teilweise aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist. Der Längslenker kann hierbei drehbar an einem Fahrzeugaufbau gelagert sein, wobei auch hier ein elastisches Lager vorgesehen ist, bei dem eine aus Gummi bestehende Lagerbuchse in den eigentlichen Kunststoffkörper einvulkanisiert, eingeklebt oder eingepresst wird.
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Durch die Verwendung solcher elastischer Lager verkompliziert und verteuert sich die Fertigung der Aufhängung. Außerdem führt die in alle Richtungen gegebene Elastizität der Lager zu einer Verfälschung des gewünschten Federverhaltens der Aufhängung. Insbesondere beeinflussen Gummilager negativ das primäre vertikale Federungsverhalten einer Radaufhängung, indem sie sogenannte parasitäre Federraten erzeugen. Parasitäre Federraten sind diejenigen Anteile an der gesamten vertikalen Federrate am Rad, die nicht durch die primäre Aufbaufeder erzeugt werden.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Verringerung der Anzahl der Komponenten bei einer Aufhängung mit Längslenker noch Raum für Verbesserungen. Gleichermaßen lässt sich die gezielte Einstellung der Elastizität einer solchen Aufhängung noch optimieren. Ebenfalls kann das Schwingungsverhalten der Aufhängung unter NVH-Aspekten noch verbessert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, die Anzahl der Komponenten einer Radaufhängung mit Längslenker zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Radaufhängungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Durch die Erfindung wird eine Radaufhängungseinheit für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt. Die genannte Einheit ist Bestandteil einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs. Als Kraftfahrzeuge kommen hierbei insbesondere PKW oder LKW infrage. Der Begriff "Einheit" ist hierbei funktional zu verstehen und bedeutet nicht zwangsläufig, dass diese insgesamt einstückig ausgebildet ist. Die Radaufhängungseinheit kann mehrere Teile umfassen, die sogar gegeneinander beweglich sein können. Dieser Aspekt wird im Nachfolgenden noch erläutert.
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Die Radaufhängungseinheit weist wenigstens einen Längslenker auf, mit einem ersten Ende zur fahrzeugseitigen Anbindung, einem zweiten Ende zur schwenkbaren Verbindung mit einem Radträger sowie einem in Richtung der Querachse (also der Y-Achse des Fahrzeugs) elastischen und quer hierzu steifen Schwertlenkerabschnitt. Ein solcher Längslenker erstreckt sich im Wesentlichen von vorne nach hinten in Richtung der Längsachse (X-Achse), wobei er allerdings nicht durchgängig parallel zur Längsachse verlaufen muss. Es versteht sich, dass der Schwertlenkerabschnitt zwischen dem ersten und zweiten Ende angeordnet ist.
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Mit einer fahrzeugseitigen Anbindung ist eine Anbindung an ein Chassis, eine Karosserie, eine selbsttragende Karosserie, einen Hilfsrahmen o. Ä. des Fahrzeugs gemeint. Dabei ist das erste Ende zur schwenkbaren fahrzeugseitigen Anbindung vorgesehen. Das erste Ende kann hierbei insbesondere eine Lagerbuchse aufweisen, in die ein auf Seiten des Fahrzeugs vorhandener Lagerzapfen oder eine Achse eingreift. Die schwenkbare Anbindung ermöglicht hierbei eine Schwenkbewegung um die Querachse des Fahrzeugs.
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Das zweite Ende dient zur Verbindung mit einem Radträger. Dies schließt einerseits die Möglichkeit ein, dass der Längslenker dort mit einem Radträger verbindbar ist, andererseits aber auch die Möglichkeit, dass der Längslenker dort mit dem Radträger verbunden ist. Der Radträger ist hierbei dasjenige Bauteil, welches die eigentliche Drehachse des Rades aufnimmt. Falls der Längslenker mit dem Radträger verbindbar ist, können am zweiten Ende bspw. Bohrungen vorhanden sein, die zum Verschrauben oder Vernieten mit dem Radträger dienen.
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Der Schwertlenkerabschnitt ist in Richtung der Querachse elastisch und quer hierzu steif, was so zu verstehen ist, dass die Steifigkeit in Richtung der Querachse wesentlich geringer ist als in Richtung der Hochachse und/oder der Längsachse. Insbesondere kann "steif" bedeuten, dass beim normalen Betrieb des Fahrzeugs allenfalls eine geringfügige Verformung, z. B. im Bereich weniger Millimeter oder darunter auftritt. Der Schwertlenkerabschnitt ist in seiner Funktionsweise zumindest einem Schwertlenker ähnlich. D. h., er erlaubt dem Radträger mit dem daran angeordneten Rad aufgrund seiner Elastizität eine gewisse Bewegung in Richtung der Querachse, während eine Bewegung in Richtung der Hochachse im Wesentlichen nur durch die schwenkbare Anbindung am ersten Ende ermöglicht wird. Typischerweise erlaubt der Schwertlenkerabschnitt aufgrund seiner Steifigkeit keine Verformung in Richtung der Längsachse und somit auch keine diesbezügliche Bewegung des Radträgers.
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Erfindungsgemäß weist der Längslenker einen in Richtung der Längsachse elastischen Federabschnitt auf. Auch hierbei ist der Begriff "elastisch" insbesondere in Relation zur o.g. Steifigkeit bzw. Elastizität des Schwertlenkerabschnitts zu sehen. Durch die elastische Verformbarkeit des Federabschnitts in Richtung der X-Achse ist der Längslenker in der Lage, in gewissem Maße eine Bewegung des Radträgers in dieser Richtung relativ zum Fahrzeugaufbau zu ermöglichen. Es versteht sich, dass auch der Federabschnitt zwischen dem ersten und zweiten Ende angeordnet ist. Insofern, als es sich bei dem Federabschnitt und dem Schwertlenkerabschnitt um verschiedene Bereiche des Längslenkers handelt, wird die eigentliche Funktion des Schwertlenkerabschnitts nicht beeinträchtigt. Der Federabschnitt kann hiervon weitgehend unabhängig daraufhin optimiert werden, dass er in Längsrichtung ein vorgesehenes Maß an Elastizität aufweist. Die Elastizität kann zum einen durch die Wahl des Materials bzw. dessen innere Struktur sowie durch die Formgebung und den Verlauf des Federabschnitts eingestellt werden. Im Gegensatz zu Schwertlenkern im Stand der Technik ist der erfindungsgemäße Längslenker also in der Lage, aufgrund seiner Struktur einen notwendigen Längenausgleich zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem Radträger durchzuführen. Ein solcher Längenausgleich kann einerseits aufgrund der Bewegung des Radträgers, der normalerweise durch weitere Lenker, insbesondere Quer- oder Schräglenker, geführt ist, im Zuge des Einfederns notwendig sein. Des Weiteren kann sich der Radträger beim Bremsen oder Beschleunigen in Längsrichtung gegenüber dem Fahrzeugaufbau verschieben. Schließlich ist es möglich, dass seitens des Rades bzw. Radträgers Vibrationen in Richtung der Längsachse auftreten, die vorzugsweise nicht an den Fahrzeugaufbau weitergegeben werden sollen. Aufgrund der elastischen Verformbarkeit des Federabschnitts, werden diese Vibrationen deutlich gedämpft. Zusätzlich kann auf diese Weise beispielsweise bei einer Überfahrt von Einzelhindernissen wie beispielsweise Schlagleisten eine Längsweichheit der Radaufhängung durch den in Längsrichtung nachgiebigen Federabschnitt des Längslenkers erzeugt werden. Während im Stand der Technik die Elastizität in Längsrichtung über elastische Lager, normalerweise Gummi-Metall-Verbundlager, realisiert wird, kann in Verbindung mit dem beschriebenen Längslenker auf diese verzichtet werden. Hierdurch vereinfacht sich der Aufbau der Aufhängung und die Herstellungskosten lassen sich reduzieren. Außerdem lässt sich die Elastizität des Federabschnitts richtungsabhängig gestalten, wodurch im Gegensatz zu Gummi-Metall-Verbundlagern eine unerwünschte Beeinflussung des Federverhaltens vermieden werden kann.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass der Längslenker aus Metall, bspw. Stahl, gefertigt ist, soweit sich hiermit die gewünschten elastischen Abschnitte realisieren lassen. Vorteilhaft ist der Längslenker aber wenigstens teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt. Dies schließt die Möglichkeit ein, dass mehrere unterschiedliche Kunststoffe und/oder unterschiedliche Fasern verwendet werden. Bspw. wäre es denkbar, dass unterschiedliche Fasern in verschiedenen Lagen übereinander eingesetzt werden. Bspw. kann der faserverstärkte Kunststoff Carbonfasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern umfassen. Daneben können allerdings auch andere Fasern verwendet werden. Dabei können Fasern verschiedener Art gemischt bzw. in unterschiedlichen Schichten übereinander eingesetzt werden. Grundsätzlich können die Fasern gewebt oder nicht gewebt, ausgerichtet oder nicht ausgerichtet sein. Bevorzugt sind die Fasern so ausgerichtet, dass durch ihre Ausrichtung die Steifigkeit des Längslenkers gezielt beeinflusst wird.
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Durch die wenigstens teilweise Ersetzung von Metall als Material für den Längslenker durch faserverstärkten Kunststoff ergeben sich primär zwei Vorteile. Zum einen lässt sich eine vergleichbare Stabilität bei geringerem Gewicht erreichen. Hierdurch verringert sich das Gesamtgewicht des Fahrzeugs und somit der Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen. Ein weitergehender Vorteil ergibt sich allerdings daraus, dass Stahl oder andere Metalle in sich isotrop sind, d. h., ein kleines Volumenelement des Metalls reagiert gegenüber Zugkräften, Druckkräften etc. unabhängig von deren Richtung gleich. Daher lässt sich eine unterschiedliche Steifigkeit eines Metallteils bezüglich verschiedener Richtungen nur durch die Formgebung realisieren. Bei einem faserverstärkten Kunststoff hingegen können durch die Ausrichtung der Fasern bestimmte Richtungen vorgegeben werden, in denen eine erhöhte Steifigkeit gegeben ist. So weist das Bauteil normalerweise gegenüber in Verlaufsrichtung der Fasern ansetzenden Kräften eine erhöhte Steifigkeit auf. Die Steifigkeit kann selbstverständlich auch durch die Packungsdichte und/oder das Material der Fasern sowie durch das Kunststoffmaterial selbst (also durch Faser und Matrix bzw. Harz) beeinflusst werden. Es ist hierbei auch möglich, ortsabhängig unterschiedliche Dichten, Ausrichtungen und/oder Materialien für die Fasern zu verwenden. D. h., im Unterschied zu einem Metallteil kann der faserverstärkte Kunststoff inhomogen sein.
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Mit der Steifigkeit hängt wenigstens teilweise das Vibrationsverhalten des Bauteils zusammen. Auch dieses kann gezielt durch die Orientierung, Dichte und/oder Material der Fasern sowie durch das Material des Kunststoffs beeinflusst werden. Somit ist es möglich, bestimmte Vibrationen, die unter NVH-Aspekten unerwünscht sind, zumindest weitgehend zu unterdrücken. Hierbei können unter anderem lokal verschiedene Eigenschaften der Fasern eine Ausbreitung von Vibrationen innerhalb des Bauteils erschweren. Auch diese Eigenschaft kann dazu beitragen, ein Gummi-Metall-Verbundlager zur fahrzeugseitigen Anbindung überflüssig zu machen.
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Neben den genannten Vorteilen können sich weitere ergeben, so beispielsweise, dass der Fertigungsprozess je nach Form dadurch vereinfacht wird, dass ein faserverstärktes Kunststoffteil in nahezu jede denkbare Form gebracht werden kann. Demgegenüber muss beispielsweise bei einem aus Stahlblech geformten Längslenker eine Fertigung in mehreren Schritten erfolgen, die beispielsweise Stanzen und Tiefziehen oder ähnliches umfassen. Hierbei sind bestimmte Formgebungen überhaupt nicht möglich oder nur unter erheblichen Schwierigkeiten herzustellen. Auch können die Verformungsprozesse bei einem Stahlteil die Struktur des Metalls lokal schwächen, so dass dort eine vorzeitige Materialermüdung eintreten kann. Auch dieses Problem ergibt sich bei einem Kunststoffteil nicht. Weiterhin sind die Produktionsanlagen, die zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils notwendig sind, wesentlich einfacher und kostengünstiger als diejenigen, die zur Herstellung von Blechformteilen notwendig sind.
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Neben der Beeinflussung der Eigenschaften durch die Zusammensetzung und Ausrichtung der Fasern sowie die Wahl des Kunststoffs ist es auch möglich, dass in den faserverstärkten Kunststoff bereichsweise wenigstens eine Komponente aus einem anderen Material eingelagert ist. Hierbei bedeutet "eingelagert", dass die genannte Komponente wenigstens teilweise vom faserverstärkten Kunststoff umgeben ist, d. h. ggf. können Teile der Komponente an der Oberfläche liegen. Der Begriff "Komponente" ist hier im Sinne von Teil, Bauteil oder Element zu verstehen. Alternativ kann man auch von einem Einsatzteil sprechen. Z. B. kann eine solche Komponente aus Metall, Keramik, Gummi oder einem weiteren Kunststoff (der sich vom Material der Matrix des faserverstärkten Kunststoffs unterscheidet) bestehen. Durch solche Komponenten, insbesondere aus Metall oder Keramik, können Bereiche des Längslenkers lokal verstärkt werden, wodurch sich eine verbesserte Festigkeit bzw. Steifigkeit ergibt. Zum anderen kann hierdurch wiederum die Ausbreitung von Vibrationen innerhalb des Bauteils unterdrückt werden. Man kann hierbei von einer Hybrid-Bauweise des Längslenkers sprechen. Unter diese Ausgestaltung fallen auch Bauformen, bei denen bspw. eine Lagerhülse aus Metall gebildet ist, die bereits beim Herstellungsprozess in den faserverstärkten Kunststoff eingelagert wird. Als Metalle kommen insbesondere Stahl oder Leichtmetalle wie z. B. Aluminium infrage. Es kann auch eine Komponente aus Gummi (z. B. eine Lagerbuchse, falls eine solche verwendet werden soll) nach oder während des Formungsprozesses des faserverstärkten Kunststoffs einvulkanisiert werden.
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Es ist insbesondere bei einem Längslenker aus faserverstärktem Kunststoff möglich, dessen Form im Herstellungsprozess nahezu beliebig anzupassen. Hierbei können bspw. Ausnehmungen zur Gewichtsersparnis oder Versteifungsrippen vorgesehen sein. Eine solche Ausnehmung kann prinzipiell ein Hohlraum innerhalb des Längslenkers sein. Alternativ kann es sich um eine Vertiefung in der Oberfläche des Längslenkers oder um eine durchgehende Öffnung handeln. Neben einer Gewichtsersparnis können solche Ausnehmungen sich wiederum vorteilhaft auf das Schwingungsverhalten des Längslenkers auswirken. Eine Versteifungsrippe ragt gegenüber der umliegenden Oberfläche des Längslenkers auf bzw. steht gegenüber dieser ab. Eine oder mehrere Versteifungsrippen können eine Ausnehmung flankieren. Hierdurch kann sich gegenüber einer Struktur ohne Versteifungsrippe und Ausnehmung bei gleichem Gewicht eine höhere Stabilität ergeben. Auch hier kann wiederum ein geeigneter Einsatz von Versteifungsrippen das Vibrationsverhalten des Längslenkers positiv beeinflussen.
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Vorteilhaft ist der Federabschnitt quer zur Längsachse steif ausgebildet. Dies bedeutet, wie bereits oben erläutert, dass beim normalen Betrieb des Fahrzeugs in Richtung der Querachse und/oder der Hochachse des Fahrzeugs keine oder allenfalls nur eine geringfügige Verformung des Federabschnitts auftritt. Eine derartige Ausbildung dient insbesondere der Stabilisierung des Längslenkers und der klaren funktionalen Trennung zwischen dem Federabschnitt einerseits und dem Schwertlenkerabschnitt andererseits, der in Richtung der Querachse elastisch ist. Demgegenüber könnte eine Elastizität des Federabschnitts sowohl in Richtung der Längsachse als auch quer hierzu unter Umständen dazu führen, dass die Anbindung des Radträgers gegenüber dem Fahrzeug insgesamt zu weich wird und der Längslenker den Radträger nicht mehr ausreichend führt. Auch kann eine Elastizität in Richtung der Hochachse das Federverhalten der gesamten Aufhängung in unerwünschter Weise beeinflussen.
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Bevorzugt ist der Federabschnitt angrenzend an das erste Ende angeordnet. D. h., bei dieser Ausgestaltung bildet der Federabschnitt den Teil des Längslenkers, der dem Fahrzeugaufbau zugewandt ist, während der Schwertlenkerabschnitt weiter vom ersten Ende und somit von der Anbindungsstelle an den Fahrzeugaufbau beabstandet ist. Diese Anordnung kann insofern vorteilhaft sein, als der Federabschnitt teilweise in der Lage ist, die Funktion eines Gummi-Metall-Lagers am ersten Ende zu übernehmen. Die Ausgestaltung und Funktion des Schwertlenkerabschnitts kann somit ähnlich sein wie die eines im Stand der Technik bekannten Schwertlenkers und bedarf unter Umständen keiner größeren Anpassung.
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Bevorzugt kann sich der Federabschnitt abwärts erstrecken. D. h. der Federabschnitt erstreckt sich in Richtung der Hochachse (Z-Achse) des Fahrzeugs, wobei typischerweise an seinem oberen Ende das erste Ende zur fahrzeugseitigen Anbindung angeordnet ist. Da sich der Schwertlenkerabschnitt im Wesentlichen nach hinten erstreckt, also in Richtung der X-Achse, hat der Längslenker bei dieser Ausgestaltung eine insgesamt L-förmige oder auch gebogene Struktur. Dass sich der Federabschnitt abwärts erstreckt, schließt die Möglichkeit ein, dass er parallel zur Z-Achse verläuft. Er kann aber bspw. auch in einem Winkel zu dieser verlaufen, bspw. 30° oder 45°. Ein solcher Winkel kann sich auch abschnittsweise innerhalb des Federabschnitts ändern. Bei einem sich abwärts erstreckenden Federabschnitt wirkt eine Kraft in Richtung der X-Achse wenigstens anteilig quer zur Erstreckungsrichtung desselben, was eine Elastizität in Richtung der X-Achse unterstützt.
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Sowohl im Hinblick auf die Herstellung, als auch die erforderliche Elastizität ist es vorteilhaft, wenn der Federabschnitt flächig ausgebildet ist und parallel zur Querachse verläuft, wobei der Schwertlenkerabschnitt auch flächig ausgebildet ist aber parallel zur Hochachse verläuft. Insbesondere kann der Federabschnitt innerhalb der Y-Z-Ebene verlaufen. Des Weiteren kann der Schwertlenkerabschnitt innerhalb der X-Z-Ebene verlaufen. "Flächig" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der entsprechende Abschnitt in einer Richtung (senkrecht zur Fläche) deutlich kleinere Abmessungen aufweist als in den Richtungen quer hierzu. Er kann bspw. plattenähnlich oder streifenähnlich ausgebildet sein. Derartige flächige Strukturen lassen sich ohne weiteres sowohl aus einem Stahlblech als auch aus einem faserverstärkten Kunststoff formen. Ein flächiger Abschnitt kann, muss aber nicht zwangsläufig eben ausgebildet sein.
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Vorteilhaft ist zwischen dem Federabschnitt und dem Schwertlenkerabschnitt ein Übergangsabschnitt ausgebildet. Insbesondere kann es sich um einen flächigen Übergangsabschnitt handeln, der schraubenartig gedreht ist, so dass er angrenzend an den Federabschnitt parallel zur Querachse verläuft und angrenzend an den Schwertlenkerabschnitt parallel zur Hochachse verläuft. Dieser Übergangsabschnitt kann stufenlos in die beiden angrenzenden Abschnitte übergehen, d. h. es ist möglicherweise keine Grenze zu erkennen. Beginnend beim Federabschnitt verläuft der Übergangsabschnitt zunächst parallel zur Querachse, was dem Verlauf des Federabschnitts entspricht. Betrachtet man nun aufeinanderfolgende kleine Teilstücke des Übergangsabschnitts, so dreht sich deren Verlaufsrichtung von einer Parallelität zur Querachse hin zu einer Parallelität zu Hochachse. Im Bereich angrenzend an den Schwertlenkerabschnitt, der seinerseits parallel zur Hochachse verläuft, verläuft auch der Übergangsabschnitt entsprechend. Die Außenkanten des Übergangsabschnitts können hierbei schraubenlinienartig verlaufen. Der genaue Verlauf kann dadurch kompliziert werden, dass der Federabschnitt abwärts verläuft, während der Schwertlenkerabschnitt im wesentlichen waagerecht verläuft, wobei der Übergangsabschnitt eine Art Knie oder Bogen beim Übergang vom senkrechten zum waagerechten Verlauf bilden kann. Insgesamt können jedenfalls Federabschnitt, Übergangsabschnitt und Schwertlenkerabschnitt Teile eines flächigen Körpers mit ggf. konstanter Stärke (also Schichtdicke) sein, der lediglich seinen Verlauf ändert. Es wird insgesamt ein relativ sanfter Übergang vom Schwertlenkerabschnitt zum Federabschnitt geschaffen, der im Allgemeinen dafür sorgt, dass auftretende Spannungen relativ gleichmäßig verteilt werden. Im Falle eines Längslenkers aus faserverstärktem Kunststoff können die Fasern hierbei dem jeweiligen Verlauf der Abschnitte folgen. Es ist auch denkbar, bspw. den Übergangsabschnitt gezielt durch Einlagern von Elementen aus Metall, Keramik oder anderen Materialien zu verstärken.
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Wie bereits oben angesprochen, kann aufgrund der Elastizität des Federabschnitts in Längsrichtung eine klassische Anbindung über gummielastische Lager entfallen. Daher weist der Längslenker am ersten Ende bevorzugt ein inelastisches Lager zur fahrzeugseitigen Anbindung auf. Es kann sich hierbei um ein ganz normales Drehlager handeln, bspw. eine Hülse, in die ein als Drehachse dienender fahrzeugseitiger Schaft oder Lagerzapfen eingeführt wird. In zusammengesetztem Zustand ist somit der Längslenker am ersten Ende fahrzeugseitig über ein inelastisches Lager angebunden.
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Das inelastische Lager kann als separates Teil vorgefertigt und anschließend an dem Federabschnitt befestigt werden. Dies führt jedoch im Allgemeinen dazu, dass zusätzliche Verbindungselemente nötig sind, was sich ggf. nachteilig auf die Stabilität auswirken und überdies zu zusätzlichem Gewicht führen kann. Vorteilhaft ist das inelastische Lager daher wenigstens teilweise einstückig mit dem Federabschnitt ausgebildet. Es kann im Falle eines aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Längslenkers direkt beim Urformprozess zusammen mit dem Federabschnitt geformt werden. Bei dem lenkerseitigen Teil des Lagers kann es sich insbesondere um eine Art Auge oder Hülse handeln. Falls gewünscht, könnte auch im innersten Bereich eine Metallhülse eingelagert sein, die vor Beginn des Umformens entsprechend platziert wurde. Eine solche Metallhülse könnte dann außenseitig von einem Mantel aus faserverstärktem Kunststoff umgeben sein, über den die Anbindung an den Federabschnitt realisiert ist.
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Während es möglich ist, den geschilderten Längslenker und einen zugehörigen Radträger als separate Teile zu fertigen und diese anschließend durch bekannte Verbindungsmethoden wie bspw. Verschrauben oder Vernieten miteinander zu verbinden, ist es bevorzugt, dass der Radträger mit dem Längslenker einstückig ausgebildet ist, wobei der Längslenker am zweiten Ende in den Radträger übergeht. Anders ausgedrückt, der Längslenker ist am zweiten Ende einstückig mit dem Radträger verbunden. In diesem Fall besteht also keine materielle Trennung zwischen Radträger und Längslenker, sondern diese werden direkt bei der Fertigung als ein einziges Bauteil gefertigt. Sofern der Längslenker (wenigstens teilweise oder überwiegend) aus faserverstärktem Kunststoff besteht, gilt dies auch für das gesamte Bauteil.
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Bei dieser Ausgestaltung ergeben sich eine Vielzahl von Vorteilen. Zum einen müssen die beiden Stücke nicht zusammengesetzt werden, weshalb auch keinerlei Fertigungstoleranzen im Verbindungsbereich zu berücksichtigen sind. Sämtliche Arbeitsschritte, die das Zusammensetzen und das Verbinden von Längslenker und Radträger betreffen, fallen weg. Dies führt einerseits zu einer Kostenersparnis, andererseits vereinfacht sich hierdurch die Qualitätskontrolle. Auch das zusätzliche Gewicht von Verbindungskomponenten wie Schrauben, Nieten oder Schweißnähten, das im Stand der Technik anfällt, kann eingespart werden. Auch hinsichtlich des Radträgers ergibt sich selbstverständlich eine Gewichtsersparnis gegenüber im Stand der Technik bekannten gegossenen oder als Blechformteil ausgebildeten Bauformen. Die zum Teil aufwändigen und kostenintensiven Herstellungsschritte eines separaten Radträgers z. B. aus Blech entfallen, wodurch die Effizienz des Herstellungsprozesses weiter gesteigert wird. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist, dass trotz der Fertigung von Längslenker und Radträger als ein Bauteil über die Packungsdichte, Orientierung und/oder Zusammensetzung der eingelagerten Fasern die Materialeigenschaften des Radträgers weitgehend unabhängig von denen des Längslenkers eingestellt werden können.
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Optional ist es auch hier möglich, Komponenten anderer Materialien in den Radträger einzulagern. Dies kann insbesondere den Bereich betreffen, der die eigentliche Achse des jeweiligen Rades aufnimmt. Dort kann z. B. eine Hülse aus Metall, eine Lagerbuchse aus Gummi oder ähnliches aus Metall unmittelbar in die Matrix des faserverstärkten Kunststoffs eingelagert sein.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Aufhängungssystems; sowie
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2 eine Schnittansicht des Aufhängungssystems aus 1 gemäß der Linie II-II.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 und 2 zeigen verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Radaufhängungseinheit 1, die bspw. für einen Pkw oder Lkw verwendet werden kann. Erkennbar ist ein Längslenker 2 sowie ein mit diesem verbundener Radträger 3. Die Darstellung ist stark vereinfacht und insbesondere der Radträger 3 ist nur schematisch dargestellt. Der Längslenker 2, der wenigstens überwiegend aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist, ist an einem ersten Ende 2.1 schwenkbar mit einem Fahrzeugaufbau 10, bspw. einem Längsträger, verbunden. Hierdurch ist eine Schwenkbarkeit um eine parallel zur Y-Achse des Fahrzeugs verlaufende Schwenkachse A gegeben. An einem zweiten Ende 2.6 ist der Längslenker 2 mit dem Radträger 3 verbunden. Die gestrichelte Linie am zweiten Ende 2.6 deutet an, dass der Längslenker 2 und der Radträger 3 entweder als separate Teile vorgefertigt und anschließend form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden können oder aber, was bevorzugt ist, in einem einzigen Urformschritt einstückig aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt werden. Neben den Fasern und der Kunststoffmatrix können optional auch bereichsweise Komponenten eines anderen Materials, bspw. Metall oder Keramik eingelagert sein, wodurch sich bspw. die Steifigkeit des Längslenkers 2 bzw. des Radträgers 3 positiv beeinflussen lässt.
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Am ersten Ende 2.1 ist ein Lagerauge 2.2 des Längslenkers 2 ausgebildet, das einen lenkerseitigen Teil eines Schwenklagers 4 bildet. In das Lagerauge 2.2 greift ein fahrzeugseitiger Lagerzapfen 11 ein, der starr mit dem Fahrzeugaufbau 10 verbunden ist. An das Lagerauge 2.2 schließt sich ein abwärts verlaufender Federabschnitt 2.3 an, der flächig ausgebildet ist und sich parallel zur Y-Z-Ebene erstreckt. Auf diesen folgt ein Übergangsabschnitt 2.4, der ebenfalls flächig ausgebildet ist und dessen Verlaufsebene sich schraubenartig dreht, so dass er an einem vom Federabschnitt 2.3 abgewandten Ende parallel zur X-Z-Ebene verläuft. Hier geht er in einen Schwertlenkerabschnitt 2.5 über, der ebenfalls in der genannten Ebene verläuft. Wie in 1 zu erkennen, erstreckt sich der Schwertlenkerabschnitt 2.5 in Richtung der X-Achse nach hinten.
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Der Radträger 3 nimmt in bekannter Weise über ein hier nur schematisch dargestelltes Drehlager 5 ein Fahrzeugrad 6 auf, das um eine Drehachse B drehbar ist. Der Radträger 3 ist selbstverständlich über weitere Lenker, bspw. Quer- oder Schräglenker, mit dem Fahrzeugaufbau 10 verbunden, welche hier aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden.
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Der Federabschnitt 2.3, der Übergangsabschnitt 2.4 sowie der Schwertlenkerabschnitt 2.5 bestehen aus flächig bzw. flach ausgebildetem faserverstärktem Kunststoff, wodurch jeweils senkrecht zur Erstreckungsebene des Materials eine geringere Steifigkeit gegeben ist als in Querrichtung der Erstreckungsebene. Aus diesem Grund ist der Schwertlenkerabschnitt in Richtung der Y-Achse vergleichsweise elastisch, während er in Richtung der X-Achse und der Z-Achse als inelastisch bzw. steif angesehen werden kann. Die Aufgabe des Schwertlenkerabschnitts 2.5 besteht auch in der Führung des Radträgers 3 sowie der Sicherstellung der Nachlaufsteifigkeit. Demgegenüber ist der Federabschnitt 2.3 in Richtung der X-Achse flexibel und in Richtung der Y-Achse sowie der Z-Achse im Wesentlichen steif. Seine Aufgabe besteht darin, in begrenztem Maße einen Längenausgleich in Richtung der X-Achse zwischen dem Radträger 3 und dem Fahrzeugaufbau 10 zu ermöglichen. Der schraubenartig gedrehte Übergangsabschnitt 2.4 sorgt für einen gleichmäßigen Übergang zwischen dem Federabschnitt 2.3 und dem Schwertlenkerabschnitt 2.5 und gewährleistet im Allgemeinen, dass Spannungen innerhalb des Materials gleichmäßig verteilt sind.
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Aufgrund der Verwendung von faserverstärktem Kunststoff lassen sich die Teile des Längslenkers 2 einschließlich des Lagerauges 2.2 sowie bevorzugt einschließlich des Radträgers 3 ohne weiteres einstückig in einem einzigen Urformschritt herstellen. Die Herstellung der Radaufhängungseinheit 1 vereinfacht sich somit und darüber hinaus ist das Gewicht gegenüber einem vollständig aus Metall gefertigten Bauteil deutlich geringer. Aufgrund der durch den Federabschnitt 2.3 eingestellten Elastizität in Richtung der X-Achse kann bei dem Schwenklager 4 auf eine Gummi-Metall-Buchse oder Ähnliches verzichtet werden, d. h. das Schwenklager 4 kann in sich inelastisch ausgebildet sein. Dies reduziert wiederum die Herstellungskosten und sorgt auch dafür, dass das Federverhalten nicht in unerwünschter Weise durch ein elastisches Lager beeinflusst wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radaufhängungseinheit
- 2
- Längslenker
- 2.1
- erstes Ende
- 2.2
- Lagerauge
- 2.3
- Federabschnitt
- 2.4
- Übergangsabschnitt
- 2.5
- Schwertlenkerabschnitt
- 2.6
- zweites Ende
- 3
- Radträger
- 4
- Schwenklager
- 5
- Drehlager
- 6
- Rad
- 10
- Fahrzeugaufbau
- 11
- Lagerzapfen
- A
- Schwenkachse
- B
- Drehachse
- X
- X-Achse
- Y
- Y-Achse
- Z
- Z-Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2007/0007741 A1 [0003, 0006]
- WO 2007/024919 A2 [0003]
- CN 204020449 U [0006]
- WO 2015/169948 A1 [0006]
- US 4989894 A [0006]
- EP 0136563 B1 [0006]
- US 9102211 B2 [0006]
- WO 2014/044455 A1 [0007]
- DE 202015103040 U1 [0008]
