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Hinterachse für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine
Hinterachse für Kraftfahrzeuge mit starren, d. h. biege- und torsionssteifen Längslenkern
und einer die Längslenker miteinander verbindenden biegesteifen, aber torsionsweichen
Querstrebe, welche mit den beiden Längslenkern durch Schweißen winkelsteif verbunden
ist.
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Eine derartige Hinterachse ist durch Qie deutsche Offenlegungsschrift
2 220 119 bekannt. Die Längslenker dieser bekannten Hinterachse sind aus Rohrmaterial
hergestellt und unter Zuhilfennkme je eines Knotenblechs seitlich an der Querstrebe
angeschweißt. Die Querstrebe ist so bemessen, daß die an ihr maximal angreifenden
BiegeBomente, welche einerseits durch die auf das Rad einwirkenden Vertikalkräfte
und andererseits durch die einwirkenden Seitenkräfte hervorgerufen werden, etwa
gleich große Biegespannungen in der Querstrebe verursachen, so daß der Querschnitt
der Querstrebe für die Festigkeit etwa gleichmäßig ausgenutzt wird. Damit ist eine
besonders günstige Materialausnutzung gewährleistet. Insbesondere ist
die
Querstrebe so ausgebildet, daß der Querschnitt eine mit ihrem Steg in Fahrtrichtung
weisende T-Form besitzt. Die bekannte Hinterachse stellt eine sehr leichte Konstruktion
dar, bei der die Fahrzeugräder unabhängig voneinander ein- und ausfedern können
und bei der auf einen besonderen Stabilisator in der Regel verzichtet werden kann,
weil die Querstrebe bereits eine Stabilisatorwirkung ausübt.
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Vorteilhaft bei dieser bekannten Hinterachse ist darüber hinaus, daß
die Seitenführungskräfte nicht durch gesonderte Elemente abgefangen werden müssen,
weil die Längslenker winkelfest an der Querstrebe angeschlossen sind.
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Es gehört zu den schwierigen Aufgaben in der Technik, biegesteife,
aber torsionsweiche Profile entweder miteinander oder mit steifen Profilen zu verbinden,
ohne daß an den entstandenen Knoten bei Dreh-und Biegebeanspruchung unzulässige
Spannungsspitzen auftreten. Auch bei Hinterachsen der vorbeschriebenen Art ist die
Verbindung zwischen den Längslenkern und der Querstrebe bei Verwendung von ifohrförmigen
Längslenkern wegen der im rohrförmigen Längslenker mehrachsig auftretenden Spannung
problematisch.
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Ausgehend von einer Hinterachse der eingangs genannten Art liegt der
Erfindung insbesondemedie Aufgabe zugrunde, diese in der Weise auszugestalten, daß
sich eine spannungsarme Schweißkonstruktion ergibt, bei der Spannungsspitzen vermieden
werden.
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Diese Aufgabe wirdferfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Querstrebe
aus mindestens einem Winkelprofil besteht, welches räumlich derart angeordnet ist,
daß -in der Längslenker-Seitenansicht gesehen- sich seine Spitze zumindest annähernd
in der Mitte der LängslenkerhöVe befindet und seine beiden Schenkel schräg nach
vorne oder schräg nach hinten verlaufen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Querstrebe
aus zwei Winkelprofilen zusammengesetzt, welche mit ihren Spitzen aufeinander stehen.
Vorzugsweise verlaufen die beiden Schenkel des
einen Winkelprofils
dabei schräg nach oben und die beiden Schenkel des anderen Winkelprofils schräg
nach unten.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die mit dem
Längslenker verschweißten Schenkel der Winkelprofile in der Weise ausgebildet, daß.
sie den Längslenker zumindest teilweise umgreifen.
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Ein zur Erhöhung der Winkel steifigkeit zwischen Längslenker und Querstrebe
angeschweißtes Knotenblech, welches sich auf oder in der Spitze des oder der Winkelprofile
abstützt, verläuft nach einer vorteilhaften .Weiterbildung der Erfindung -in der
Längslenker-Seitenansicht gesehenschräg.
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Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
werden die Erfindung und vorteilhafte Weitebildungen der Erfindung erläutert.
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In der Zeichnung zeigen Figur 1 die Draufsicht einer bekannten Hinterachse,
wie sie im Prinzip auch bei der Erfindung verwendet wird, auf \ Figur 2 die DrauSsicht
rinen Teil der erfindungsge mäßen Hinterachse, Figur 3 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen
Hinterachse entlang dem Schnitt III-III der Figur 2, Figur 4 einen Blick von hinten
auf den in Figur 2 dargestellten Teil der erfindungsgemäßen Hinterachse,
Figur
5 eine seitliche Ansicht entsprechend Figur 3, jedoch mit räumlich anders angeordneten
Winkelprofilen und Knotenblech, Figur 6 eine weitere seitliche Ansicht entsprechend
Figur 3, mit räumlich anders angeordnetem Knotenblech, Figur 7 eine weitere seitliche
Ansicht entsprechend Figur 3, mit einer anderen räumlichen Zuordnung zwischen Winkelprofil
und Lagerung der Achse, Figur 8 entsprechend Figur 2 eine Draufsicht auf einen Teil
der in einigen Details veränderten erfindungsgemäßen Hinterachse und Figur 9 eine
seitliche Ansicht der Hinterachse gemäß Figur 8.
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Die Hinterachse besteht im wesentlichen aus Längslenkern 1 und 2,
die insbesondere aus Rohrmaterial hergestellt sind. Im Ausführrngsbeispiel sind
diese Längslenker schlangenförmig gebogen, was jedoch nicht zwingend ist. An einem
Ende der Längslenker sind die Fahrzeugräder 6 und 7 befestigt. Ihr anderes Ende
ist jeweils über Lagerungen 8 und 9 an dem nicht näher dargestellten Fahrzeugaufbau
10 angelenkt. Die Lagerungen 8 und 9 können insbesondere als elastische Lager ausgebildet-
sein. Die beiden starren Längslenker 1 und 2, die biege- und torsionssteif sind,
sind miteinander durch eine biegesteife, aber torsionsweiche Querstrebe 3 winkelsteif
verbunden. Die Verbindung zwischen den Längslenkern 1 und 2 einerseits und der Querstrebe
3 andererseits erfolgt durch Schweißen. Zur Erhöhung der Winkelsteifigkeit ist zwischen
Längslenker und Querstrebe jeweils ein Knotenblech 4 bzw. 5 angeschweißt. Die Abfederung
der Räder kann in der Nähe der
Radachsen über Spiralfedern oder
Federbeine 11 bzw. 12 erfolgen.
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Die in Figur 1 dargestellte Hinterachse verwirklicht eine leichte
Konstruktion mit unabhängiger Radaufhängung, wobei hinzukommt, daß die Seitenführungskräfte
nicht durch gesonderte Elemente abgefangen werden müssen, weil die starren Längslenker
1 und 2 winkelfest an der biegesteifen Querstrebe 3 angeschlossen sind. Die Querstrebe
3 selbst wirkt dabei als Stabilisator. Diese Hinterachse ist-leicht, einfach, platzsparend
und günstig in der Herstellung. Sie gewährleistet trotz ihres einfachen Aufbaus
eine hervorragende spur- und sturzkonstante Radführung.
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Aus den Figuren 2, 3 und 4 sind die Einzelheiten einer erfindungsgemäßen
Hinterachsausführung zu erkennen, Dabei zeigt Figur 2 eine Draufsicht, Figur 3 eine
Seitenansicht und Figur 4 einen Blick von hinten auf die Hinterachse Die Längslenker
2 sind in diesem Ausführungsbeispiel rohrförmig ausgebildet. Die Querstrebe3 besteht
erfindungsgemäß aus einem Winkelprofil, welches räumlich derart angeordnet ist,
daß sich seine Spitze 3a zumindest annähernd in der Mitte der Höhe des Längslenkers
2 befindet. Seine beiden Schenkel 3b und 3c verlaufen schräg nach vorne. In Figur
3 ist diese räumliche Anordnung gut zu erkennen. Die mit dem Längslenker 2 verschweißten
Schenkel 3b und 3 cdes Wi telprofils 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel so ausgebildet,
daß sie den Längslenker 2 umgreifen. Dies ist insbesondere aus den Figuren 2 und
4 zu erkennen.
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Durch das erfindungsgemäß verwendete Winkelprofil und durch dessen
erfindungsgemäße räumliche Anordnung stoßen die beiden Schenkel 3b und 3c der Querstrebe
3 schräg an den rohrförmigen Längslenker 2 an. Die Schenkel des Winkelprofils umfassen
den Längslenker somit schräg, so daß sich eine relativ lange Schweißnaht ergibt.
Dadurch werden Spannungsspitzen in der Schweißverbindung vermieden. Das Winkelprofil
3 ist direkt und einteilig an den rohrförmigen Längslenker 2 angeschweißt. Dabei
greifen die Enden des Winkelprofils auf einer längeren Strecke in Bereichen des
Längslenkers an, die weitgehend verformungssteif sind. Um die Winkelsteifigkeit
zwischen Längslenker 2 und Querstrebe 3 zu erhöhen, ohne dabei das Gewicht der Querstrebe
erhöhen zu müssen, ist zwischen Längslenker 2 und
Querstrebe 3 ein
Knotenblech 4 angeschweißt. Dieses stützt sich auf der Spitze 3a des Winkelprofils
3 ab. Vorteilhaft ist hierbei, daß die Torsionsachse des Winkelprofils 3 etwa in
der Spitze 3a des Winkelprofils liegt und das daran angeschweißte Knotenblech 4
an der Verdrehung der Querstrebe 3 weniger teilnimmt als bei jedem anderen denkbaren
Profil. Die Schweißverbindung des Knotenblechs 4 mit dem Winkelprofil 3 wird deshalb
bei Verdrehung verhältnismäßig niedrig beansprucht und das Knotenblech 4 selbst,
welches an der Verdrehung teilnimmt, kann verhältnismäßig stabil ausgeführt werden.
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Die Schenkel 3b und 3c des als Querstrebe dienenden Winkelprofils
3 stehen in einem rechten oder kleineren Winkel zueinander. Wenn das Widerstandsmoment
der Querstrebe in der Ebene der Längslenker im Vergleich zum Widerstandsmoment senkrecht
zu den Längslenkern angehoben werden muß, dann ist ein kleinerer Winkel vorteilhaft.
Ein kleinerer Winkel als 900 ergibt in der Projektion darüber hinaus längere Schenkel
und somit auch längere Schweißnähte. Die Festigkeit der Verbindung Querstrebe/Längslenker
wird somit erhöht.
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Das am Längslenker 2 und an der Querstrebe 3 angeschweißte Enotenblech
4 kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung -in der Längslenker-Seitenansicht
gesehen- auch schräg an den Längslenker 2 anstoßen. Diese Variante ist in Figur
6 dargestellt.
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Das Knotenblech 4 umfaßt auf diese Weise den Längslenker 2 um etwa
900, so daß es - Drehkräfte aufnehmen kann, welche an den Fahrzeugrädern 6 und 7
in die Längslenker eingeleitet werden. Das Enotenblech 4 leitet diese Kräfte auf
das als Querstrebe dienende Winkel profil 3 über und vermindert so die kritischen
Spannungen in der Schweißverbindung zwischen dem Längslenker 2 und der Querstrebe
3.
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In den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 2, 3, 4 und 6 weisen
die beiden Schenkel 3b und 3c des Winkelprofils 3 schräg nach vorne.
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Es ist jedoch auch möglich, das Winkelprofil 3 um 1800 zu drehen,
so daß die beiden Schenkel 3b und 3c schräg nach hinten weisen. Das Knotenblech
4 kann in diesem Falle natürlich wieder an der Spitze 3a des Winkelprofils 3, welche
nach vorne weist, angeschweißt werden.
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Es ist aber auch möglich, das Knotenblect 4 so anzuordnen, daß es
sich
in der Spitze 3a des Winkelprofils 3 abstützt. In diesem Falle
kommt das Knotenblech 4 zwischen die beiden Schenkel 3b und 3c des Winkelprofils
3 zu liegen. Es weist also nach hinten zum Fahrzeugrad hin. Diese mögliche Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Hinterachse ist in Figur 5 angedeutet. Die wesentlichen Vorteile
der Erfindung, bleiben auch bei dieser Variante erhalten.
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In den Figuren 1 und 2 sind die Lagerungen 8 und 9 der Hinterachse
-in Fa33irtrich-tunsehen- vor der Querstrebe 3 angeordnet. Diese Lage ist für die
Erfindung nicht zwingend. Bekanntlich beeinflußt die räumliche Lage der Querstrebe
3 die Eigenschaften der Hinterachse und damit die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeuges.
Bei der erfindungsgemäßen Hinterachse kann die Lage der Querstrebe 3 in vorteilhafter
Weise nach den fahrtechnischen Erfordernissen gewählt werden, ohne daß dadurch kontruktive
Schwierigkeiten auftreten. Insbesondere ist es auch ohne Schwierigkeiten möglich,
die Querstrebe -wenn aus fahrtechnischen Gründen erforderlich- etwa in der Drehachse
der Längsarme 2 anzuordnen. Fur die Lagerung 8 bzw. 9 der Längslenker 1 bzw. 2 ist
nämlich zwischen den Schenkeln 3b und 3c des Winkelprofils 3 ausreichend Platz.
In Figur 7 ist diese Anordnung angedeutet. Diese Gegebenheiten machen sich auch
dann günstig bemerkbar, wenn statt einer Lagerung,wie sie in Figur 2 dargestellt
ist,eine bekannte Zapfenlagerung nach Art der D-OS 2 220 119 verwendet wird. Die
Ausfiilirihi'gsbeispiele lassen erkennen, daß die Lagerungen 8 und 9 symmetrisch
zur Längslenkerebene liegen und daher sehr einfach ausgeführt werden können.
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Im ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 2 und 4 umschließen die Schenkel
3b und 3c den Längslenker 2. In diesem Falle ist es beim Zusammenbau der Hinterachse
erforderlich, daß die Längslenker 2 von hinten durch die Aussparungen der Querstrebe
3 hindurchgeschoben werden und anschließend mit dem Winkelprofil verschweißt werden.
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In den Figuren 8 und 9 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Hinterachse
dargestellt, bei der die Querstrebe 3 aus zwei Winkelprofilen 31 und 32 zusammengesetzt
ist. Diese beiden Winkelprofile
31 und 32 sind -wie das einzige
Winkelprofil in den bisherigen Beispielen- räumlich derart angeordnet, daß sich
ihre Spitzen 31a und 32a wiederum zumindest annähernd in der Mitte der Höhe des
Längslenkers 2 befinden. Ihre Spitzen stehen somit aufeinander. Ineiner vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung, die in den Figuren 8 und 9 als Ausführngsbeispiel dargestellt
ist, sind die beiden Winkelprofile nicht nebeneinander, sondern übereinander angeordnet,
so daß die beiden Schenkel 31b und 31c des Winkelprofils 31 schräg nach oben und
die beiden Schenkel 32b und 32c des Winkelprofils 32 schräg nach unten verlaufen.
Diese besondere Anordnung der beiden Winkelprofile 31 und 32 hat den Vorteil, daß
die Querstrebe 3 besonders leicht zusammengebaut werden kann, indem man die beiden
Winkelprofile auf die Längslenker auflegt. Es wird somit vermieden, daß die Längslenker
beim Zusammenbau der Hinterachse durch die Aussparungen an den Enden der Querstrebe
hindurchgeschoben werden müssen. Die Verwendung von zwei Winkelprofilen ist zwar
etwas aufwendiger, es kann dadurch aber ohne Schwierigkeiten ein größerer Gesamtguerschnitt
der Querstrebe 3 erzielt werden, so daß mit dieser Hinterachse größere Kräfte übertragen
werden können, unter anderem auch.deshalb, weil die Längslenker von vier Schenkeln
der Winkelprofile umfaßt werden.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß das
als Querstrebe 3 verwendete Winkelprofil in vielen Fällen aus einem Blechstreifen
hergestellt werden kann. Der auf die erforderliche Länge zurechtgeschnittene Blechstreifen
wird an seinen beiden Enden in einem Stanzvorgang entsprechend dem benötigten Schweißnahtverlauf
zurechtgeschnitten. Anschließend wird der ausgestanzte Blechstreifen zum gewünschten
Winkelprofil gebogen. Nach dem Biegen des Blechstreifens zu einem Winkel paßt der
Stanzschnitt an die Längslenker. Weitere Arbeitsoperationen sind nicht erforderlich.
Wie zuvor bereits ausgefuührbeftzitimmt die Querstrebe bei der erfindungsgemäßen
Hinterachse -gleichzeitig eine Stabilisatorwirkung.
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Wenn die Drehsteifigkeit dieser so erzeugten Querstrebe in besonderen
Fällen nicht ausreichen sollte, dann kann in einfacher Weise
zwischen
den Schenkelndes Winkelprofils ein zusätzlicher Drehstab angeordnet werden. Insbesondere
in diesen Fällen kann es günstiger sein, für das Winkelprofil 3 ein Walzprofil zu
verwenden, welches zwar etwas teurer als ein aus Blech hergestelltes Profil ist,
welches erforderlichenfalls aber in der Mitte mit einer Verdickung versehen werden
kann, welche die Drehsteifigkeit des Profils erhöht, so daß auf einen besonderen
Drehstab verzichtet werden kann. Auch bei Verwendung eines Walzprofils können die
Enden der Querstrebe in einer Stanzoperation mit den benötigten Aussparungen versehen
werden.
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In den AusführunGvsbeispielen ist die Neigung der beiden Schenkel
des verwendeten Winkelprofils jeweils symmetrisch ausgeführt. Es versteht sich,
daß das bzw. die Winkelprofile gegenüber den Längslenkern auch etwas verdreht eingebaut
werden können, wenn dies aus Platzgründen notwendig ist.