DE3004194A1

DE3004194A1 - Verbund- oder koppellenkerachse fuer kraffahrzeuge

Info

Publication number: DE3004194A1
Application number: DE19803004194
Authority: DE
Inventors: Andreas Bauer; J. Bruce Lindenhurst Ill. Emmons; Helmut KRÜGER; Wilhelm Dipl.-Ing. 3180 Wolfsburg Oberdieck; Jack M. Milford Ohio Thompson
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1980-02-06
Filing date: 1980-02-06
Publication date: 1981-08-13
Also published as: JPS56138706U; JPH0136642Y2; FR2474963A1

Description

AKTIENGESELLSCHAFT

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Unsere Zeichen:κ 2878
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Verbund- oder Koppellenkerachse für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung bezieht eich auf eine Verbund- oder Koppellenkerachse für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie sie beispielsweise aus den deutschen Offenlegungsschriften 21 03 399, 22 20 119, 19 62 276 sowie aus der deutschen Patentschrift 24 30 Ο48 bekannt ist.

Dieser vorzugsweise bei frontangetriebenen Kraftfahrzeugen als leichte Hinterachse eingesetzte Achstyp ist im Vergleich zu anderen bekannten Achstypen vergleichsweise leicht sowie von einfachem Aufbau. Als wesentlicher Vorteil ist anzusehen, daß eine solche Achse mittels nur zweier Lager am Fahrzeugaufbau angelenkt ist, welche in vorteilhafter Weise im Bereich der üblicherweise im äußersten seitlichen Bereich verlaufenden Fahrzeuglängsträgern angeordnet werden können, so daß besondere Bodenverstärkungen 0. ä. nicht erforderlich sind.

Diese bekannten Akten sind üblicherweise aus Stahlprofilen geeigneten Querschnitts oder aus Stahlblechschalen zu einem Achsverbtmd zusammengeschweißt. Um einen sämtlichen während des Fahrbetriebes auftretenden Belastungen wi-derstehenden Achsverbund zu erhalten, ist - abgesehen von der richtigen Querschnittsbemessung der verwendeten Profile - nicht nur eine sorgfältige Planung des Schweißnahtverlaufes, sondern auch . eine sehr sorgfältige Ausführung der Schweißverbindungen zwingend er-

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Vorsitzender Vorstand: Tom Schmucker, Vorsitzender ■ Karl-Hein? Brian-, · Prol. Dr. tecnn. Ernsi Fiala · Dr. jur. Peier Frerlc

des Aufsichtsrats: Dr.jur Woügang R.Hsbbel · G.i"ter He"«"¹?· Hr/ii Munjrci ■ c. re- r" Wer τ-' P. i· " i-.rrr.··-^{1 r} >■■··-·■ "iomee

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forderlich., weil es sonst im Bereich der Schweißnähte vorzeitig zu Rißbildungen o. ä. kommen könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Yerbund- oder Koppellenkerachse des im Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 genannten Art weiter zu verbessern und so auszubilden, daß sie leichter wird und Schweißnähte insbesondere zwischen den längsverlaufenden Lenkerteilen und den Quergliedern entfallen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelost. Die Verwendung von Kunststoffen, insbesondere auch von fasergefüllten Kunststoffen, ist im Kraftfahrzeugbau an sich bekannt. Bisher wurden derartige Kunststoffe jedoch lediglich im Bereich des Fahrzeugaufbaus, der Innenausstattung und ggf. der Bodenwanne o. ä. verwendet, nicht jedoch zur Herstellung von Achsen der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art, welche ganz besonderen Beanspruchungen bezüglich Torsion, Biegung, Zug- und Druckkräften ausgesetzt sind.

Vorteilhafte und wesentliche Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 die Drauf- und Seitenansicht einer Achse der erfindungsgemäßen Art,

Fig. 2 bis Fig. 7 verschiedene Querschnitte des Achskörpers entlang den in Fig. 1 eingezeichneten Schnittführungen II-VII,

Fig. 8 eine Detaildarstellung des aufbauseitigen Lagerbereiches der Achse,

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Fig. 9 bis Fig. 11 verschiedene Ansichten eines im radseitigen Ende der Achse angeordneten Trag- und Halterungsteils für die Radachse.

sich

Fig. 1 zeigt eine Verbund- oder Koppellenkerachse 1 mit zwei /zumindest annähernd in Fahrzeuglängsrichtung, die mit einem Pfeil gekennzeichnet ist, erstreckenden seitlichen Lenkerteilen 2, die jeweils an ihrem aufbauseitigen Ende 21 mit Lagern zur Anlenkung am nicht weiter dargestellten Fahrzeugaufbau und an ihrem freien Ende 22 mit Trage- bzw. Halterungsteilen zur Aufnahme der üblichen Radachsen ausgerüstet sind. Die beiden seitlichen Lenkerteile sind über ein tordierbares und in alle Richtungen biegesteifes Querglied 3 formsteif miteinander verbunden. Die beiden seitlichen Lenkerteile 2 und das Querglied 3 bilden eine einteilige Baueinheit aus fasergefülltem Kunststoff, z. B. aus mit Glasfasern, Kohlenstoffasern, Pechfasern o.a. gefüllten Polyester-, Polypropylen- oder Epoxydharzen. Schweißnähte oder ähnliche Trennfugen zwischen den seitlichen Lenkerteilen und dem sie verbindenden Querglied gibt es nicht.

Das Querglied 3 besitzt ein erstes Teilquerglied 31> welches im aufbauseitigen Endbereich 21 der Lenkerteile 2 angreift, sowie ein zweites Teilquerglied 32, welches im radseitigen Endbereich 22 an den beiden Lenkerteilen 2 angreift. Im Ausführungsbeispiel sind beide Teilquerglieder 31 und 32 in der Weise bogenförmig ausgebildet, daß sie fahrzeugmittig zusammentreffen, wo sie formschlüssig miteinander verbunden sind. In der Draufsicht ergibt sich für das Querglied 3 somit zumindest annähernd eine X-förmige Gestalt.

Durch eine derartige Ausgestaltung des Quergliedes sind die im Fahrbetrieb über die Räder in den Achskörper eingeleiteten Kräfte besonders gut zu beherrschen.

Abweichend von dieser Konfiguration ist es aber auch möglich, z. B. das aufbauseitige erste Teilquerglied zumindest annähernd oder nur sehr schwach gebogen auszubilden und statt dessen die Krümmung des zweiten Teilquergliedes entsprechend zu vergößern. Grundsätzlich wäre es auch möglich, in entsprechender Weise das zweite Teilquerglied

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weniger und das erste Teilquerglied 31 stärker zu krümmen. Welche dieser beiden Varianten letztlich gewählt werden sollte, hinge unter anderem von den Einbauverhältnissen sowie auch vom angestrebten Eigenlenkverhalten der Achse ab, denn von der räumlichen Lage des Quergliedes hängen im gewissen Umfange auch Vorspur- und Radsturzänderungen beim Ein- und Ausfedern der Räder ab.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die beiden seitlichen Lenkerteile 2 und die beiden Teilquerschnitte 31 bzw. 32 jeweils einen zumindest annähernd vertikalen Steg 4 sowie je einen zumindest annähernd horizontal davon abgewinkelten, umlaufenden oberen sowie unteren Flansch 5, 6 bzw. 7> 8 auf. Diese Verhältnisse sind aus den Fig. 2 bis Fig. 5, welche Schnitte durch die Lenkerteile 2 sowie durch die Teilquerglieder 31 bzw. 32 darstellen, leicht zu erkennen. Verbund- oder Koppellenkerachsen sowie sogenannte Torsionsachsen mit im Bereich der Radachsen liegendem Querglied übernehmen nicht nur die Aufgabe, die an den Fahrzeugrädern angreifenden Radaufstands- und Seitenkräfte in den Aufbau einzuleiten,. sondern stellen gleichzeitig auch Stabilisatorkräfte zur Verfügung. Um die Stabilisatorwirkung des Quergliedes 3 zu erhöhen, ist im ersten Teilquerglied 31 ein rohrformiger Stab 9 ^m^ zumindest annähernd kreisringförmigem Querschnitt vorgesehen, der von Lenkerteil zu Lenkerteil parallel zum vertikalen Steg 4 dieses Teilquergliedes verläuft und mit diesem Steg über einen zumindest annähernd horizontalen Steg 10 formfest verbunden ist. Diese Verhältnisse gehen aus Fig. 3 und Fig. 5 hervor. Anstelle eines kreisringförmigen Querschnittes kann erforderlichenfalls auch ein elliptischer Querschnitt Verwendung finden.

Um die Fertigung der Achse zu vereinfachen, ist es von Vorteil, den Achskörper aus zwei Teileinheiten zusammenzusetzen, und zwar in der Weise, daß die Teilungsfuge 11 zumindest annähernd in einer Horizontalebene liegt, wie dies aus den Figuren 1 bis 5 zu erkennen ist. Die beiden Teileinheiten werden durch Klebung oder ggf. auch durch Verschweißung formfest miteinander verbunden. Von besonderem Vorteil ist es, beide Teileinheiten - wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, 'als Gleichteile auszubilden, da dann der Aufwand für die Fertigung besonders

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gering wird.

Beim Übertragen der Radaufstands- und Seitenkräfte, insbesondere beim gegensinnigen Einfedern der Räder, treten insbesondere in den abgewinkelten Flanschen 5 und 6 der beiden Teilquerglieder 31 und J2 hohe Zug- und Druckkräfte auf. Um diese hohen Kräfte gut zu beherrschen, sind daher die Fasern des fasergefüllten Kunststoffes in diesen beiden Flanschen 5 und 6 der beiden Teilquerglieder in Richtung der Längserstreckung dieser Flansche ausgerichtet, während sie in den übrigen Teilen des Achskörpers in üblicher Weise unausgerichtet verlaufen.

Um den Festigkeitsübergang zwischen den mit gerichteten Fasern ausgestatteten Flanschen 5 und 6 und dem daran anschließenden vertikalen Steg 4 ^mit unausgerichteten Fasern möglichst fließend zu gestalten - unter Vermeidung von Festigkeitssprüngen -, sind die abgewinkelten Flansche 5 und 6 der beiden Teilquerglieder mit einem sich vom vertikalen Steg 4 keilförmig zum freien Ende hin verjüngenden Querschnitt ausgerüstet und in diesem Querschnitt nur ein Teil der Fasern des fasergefüllten Kunststoffes in Richtung der Längs erstreckung der Flansche ausgerichtet, wobei die Menge der ausgerichteten Fasern über die Flanschbreite zumindest annähernd gleich groß bleibt. Die Menge der ungerichteten Fasern nimmt in diesem Querschnitt also zum freien Flanschende hin - ggf. auch bis auf Null - ab. Diese spezielle Faserausrichtung in den Flanschen 5 und 6 kann beispielsweise in der Weise realisiert werden, daß bei der Fertigung der Achse ein Kunststoffstreifen mit gerichteten Fasern in die Form eingelegt und anschließend Kunststoff mit ungerichtetem Fasermaterial in die Form eingefüllt wird. In den Figuren 2, 3 und 5 ist der sich keilförmig verjüngende Querschnitt der Flansche 5 und 6 erkennbar, wobei der Querschnittsbereich mit gerichteten Fasern schwarz ausgefüllt dargestellt ist.

Um die Biegesteifigkeit des Achskörpers insbesondere bezüglich der Beanspruchungen bei gleichzeitigem Einfedern beider Räder zu erhöhen, sind im mittleren Bereich des Achskörpers, d. h. im Bereich des Zu-

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sammentreffens der beiden Teilquerglieder ]51 und 32, drei sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Yertikalrippen 12 vorgesehen, welche beide Teilquerglieder miteinander verbinden. Diese Rippen sind in der Schnittdarstellung der Figur 6 gut zu erkennen. Durch Wahl der Anzahl und Abmessung dieser Rippen kann in einfacher Weise den Anforderungen Rechnung getragen werden.

An den aufbauseitigen Enden 21 der beiden Lenkerteile 2 sind metallische Lagerkörper eines Lagers zur Anlenkung am Fahrzeugaufbau eingeformt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zu diesem Zwecke an den aufbauseitigen Enden 21 Ausnehmungen 16 mit einer von einer Kreisform abweichenden Kontur vorgesehen, was aus der Seitenansicht der Fig. 1 sowie aus Fig. 7 ^zu· erkennen ist. In diese Ausnehmung 16 ist ein metallischer Lagerkörper 15 mit einer dazu korrespondierenden äußeren Kontur eingeschoben und mit den ihn umhüllenden Kunststoff teilen verklebt. Falls es aus Festigkeitsgründen erforderlich sein sollte, ist es auch möglich, zusätzlich mechanische Befestigungsmittel, z. B. Schraubverbindungen 17 vorzusehen, wie dies im Ausführungsbeispiel - Fig. 7 - angedeutet ist. Insbesondere dann, wenn der Achskörper nicht aus zwei Teileinheiten zusammengesetzt, sondern mittels einer entsprechend komplizierteren Gußform aus einem Guß hergestellt wird, können die metallischen Lagerkörper bereits bei der Herstellung der Achse miteingegossen werden.

In Fig. 8 ist der Vollständigkeit halber ein besonders geeignetes Lager in einer Schnittdarstellung gezeigt. Hierbei ist in den in die Ausnehmung 16 des Achskörpers eingebetteten metallischen Lagerkörper 15 ein zweiteilig abgebildetes Gummimetallager 18 eingepreßt, dessen mit I9 bezifferter Lagerzapfen in einem korrespondierenden Lagerteil des Fahrzeugaufbaus aufgenommen wird.

Zur Befestigung der Radachsen sind an den freien Enden 22 der beiden Lenkerteile 2 metallische Trag- und Haiterungsteile eingeformt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zu diesem Zweck an den freien Enden der Lenkerteile Ausnehmungen I4 vorgesehen, welche ebenfalls

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eine von einer Kreisform abweichende Kontur "besitzen und in welche die metallischen Trag- und Halterungsteile eingeschoben und eingeklebt sind, wobei erforderlichenfalls zusätzliche mechanische Befestigungsmittel vorgesehen sein können, wie dies im Ausführungsbeispiel angedeutet ist.

In den Fig. 9 bis 11 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel eines solchen Trag- und Halterungsteiles dargestellt, wobei Fig. 9 die Draufsicht - entsprechend Fig. 1 - , Fig. 10 die in Fig. 9 ^mit X bezifferte Ansicht und Fig. 11 die in Fig. 9 mit XI bezifferte Ansicht zeigen. Dieses Trag- und Halterungsteil 13 mit einer mit der Ausnehmung I4 korrespondierenden Außenkontur ist im Vergleich zum aufbauseitigen Lagerteil großvolumig ausgebildet, um die vom Rad in den Achskörper eingeleiteten Kräfte gut beherrschen zu können. In einer radseitig angeordneten Trag- und Lagerfläche 2Q des Trag- und Halterungsteiles sind mehrere Bohrungen 25 vorgesehen, an denen nicht weiter dargestellte übliche, die Radachsen tragende . Radträger angeschraubt werden. Ih. einem horizontal verlaufenden Flansch 22 sowie in den am Vertikalsteg 4 des zweiten Teilquergliedes 3I anliegenden Vandteilen sind weitere Bohrungen 23 bzw. 24 vorgesehen, über die das Trag- und Halterungsteil 13 erforderlichenfalls zusätzlich mechanisch am eigentlichen Achskörper befestigt werden kann. Im allgemeinen werden derartige zusätzliche mechanische Befestigungsmittel jedoch nicht erforderlich sein, weil die zur Verfugung stehenden Klebemittel hochfeste Verbindungen ermöglichen.

Wenn im Zusammenhang mit der beanspruchten Verbund- oder Koppellenkerachse von Vertikal oder horizontal die Rede ist, dann beziehen sich diese Angaben auf den Achskörper selbst. .

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Claims

VOLKSWAGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg 1

Unsere Zeichen: K 2878 5, F©b. 1980

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PATENTANSPRÜCHE

/Verbund- oder Koppellenkerachse für Kraftfahrzeuge, mit zwei sich .y zumindest annähernd in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden seitlichen Lenkerteilen, die über ein tordierbares und in allen Richtungen biegesteifes Querglied formsteif miteinander verbunden sind und an ihren aufbauseitigen Enden mit Lagern zur Anlenkung am Fahrzeugaufbau sowie an ihren freien Enden mit die Räder tragenden Radachsen ausgestattet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß sie als einteilige Baueinheit aus fasergefülltem Kunststoff ausgebildet ist.
2. Verbund- oder Koppellenkerachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern des fasergefüllten Kunst^- stoffes in den besonderen Zug- und Druckbeanspruchungen ausgesetzten Bereichen des Quergliedes in Richtung der Längserstreckung des Quergliedes ausgerichtet sind.
3-· Verbund- oder Koppellenkerachse nach Anspruch 1 und. 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Querglied (3) ein am aufbauseitigen Endbereich (21) der Lenkerteile (2) angreifendes erstes Teilquerglied (31) und ein am radachsseitigen Endbereich (22) der Lenkerteile (2) angreifendes zweites Teilquerglied (32) aufweist, wobei zumindest eines der beiden Teilquerglieder in der Weise bogenförmig ausgebildet ist, daß beide Teilquerglieder fahrzeugmittig zusammentreffen und dort formschlüssig miteinander verbunden sind.

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Vorsitzender Vorstand: Toni Schmucker, Vorsitzender Kerl-Heinz Briam · Prol. Dr. lechn. Ernst Fiale · Dr. jur. Peter Frerk

des Aufsichtsrats: Dr.jur Woltoeng R. Hebbel · GüMor Hartwig Mors'. MOn,-vjr ■ Dr rer r—i 'v^mr-' p.f re-<■ ' "■ oTee

Hans Birntau'i Sitz der Gesellschaft¹ V'-·"«'
4. Verbund- oder Koppellenkeraphse nach Anspruch 3»

dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkerteile (2) und die Teilquerglieder (31, 32) jeweils einen zumindest annähernd vertikalen Steg (4) sowie je einen zumindest annähernd horizontal davon abgewinkelten, umlaufenden oberen und unteren Plansch (5, 6 bzw. 7, 8) aufweisen.
5. Verbund- oder Koppellenkerachse nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern des fasergefüllten Kunststoffes in den Planschen (5,6) der beiden Teilquerglieder (31» 32) in Richtung der Längserstreckung der Flansche (5, 6) ausgerichtet sind.
6. Verbund- oder Koppellenkerachse nach Anspruch 5»

dadurch gekennzeichnet, daß die abgewinkelten Plansche (5» 6) der beiden Teilquerglieder (31» 32) einen sich vom vertikalen Steg (4) keilförmig zum freien Ende hin verjüngenden Querschnitt aufweisen und daß in diesen Planschen nur ein Teil der Pasern des fasergefüllten Kunststoffes in Richtung der Längserstreckung der Plansche ausgerichtet sind, wobei die Menge der ausgerichteten Pasern über die Planschbreite zumindest annähernd gleich groß bleibt*
7. Verbund- oder Koppellenkerachse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teilquerglied (31) zur Erhöhung der Stabilisatorwirkung einen von Lenkerteil zu Lenkerteil parallel zum vertikalen Steg (4.) verlaufenden rohrförmigen Stab (9) mit zumindest annähernd kreisringförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist, welcher über einen zumindest annähernd horizontalen Steg (10) mit dem vertikalen Steg (4) des ersten Teilquergliedes (31) verbunden ist.
8. Verbund- oder Koppellenkerachse nach den Ansprüchen 1 "bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei durch Klebung oder Verschweißung formfest miteinander verbundenen Teileinheiten besteht, wobei die Teilungsfuge (11) in einer Horizontalebene liegt.

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9. Verbund- oder Koppellenkerachse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teileinheiten Gleichteile sind.
10. Verbund- oder Koppellenkerachse nach Anspruch 3»

dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Zusammentreffens der beiden Teilquerglieder (31 > 32) mindestens eine sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende, beide Teilquerglieder (31» 32) mitein- ■ ander verbindende Vertikalrippe (12) vorgesehen ist.
11. Verbund- oder Koppellenkerachse nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Enden (22) der beiden Lenkerteile (2) metallische Trag- und Halterungsteile (13) für die Befestigung der Radachsen eingeformt sind.
12. Verbund- oder Koppellenkerachse nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Enden (22) der Lenkerteile (2) Ausnehmungen (14) mit einer von der Kreisform abweichenden Kontur vorgesehen sind, in welche die metallischen Trag- und Halterungsteile (13) eingeschoben sowie eingeklebt und dort ggf. zusätzlich mittels mechanischer Befestigungsmittel, befestigt sind.
13. Verbund- oder Koppellenkerachse nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Trag- und Halterungsteile (13) bei der Herstellung der Achse in die freien Enden (22) der beiden Lenkerteile (2) mit eingegossen sind.
14. Verbund- oder Koppellenkerachse nach den Ansprüchen 1 bis I3» dadurch gekennzeichnet, daß an den aufbauseitigen Enden (21) der beiden Lenkerteile (2) metallische Lagerkörper (15) eines Lagers zur Anlenkung am Fahrzeugaufbau eingeformt sind.
15· Verbund- oder Koppellenkerachse nach Anspruch I4, , dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Lagerkörper (15) bei der Herstellung der Achse miteingegossen ist.

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16. Verbund- oder Koppellenlcerachse nach Anspruch 14> dadurch gekennzeichnet, daß an den aufbauseitigen Enden (21) der Lenkerteile (2) Ausnehmungen (16) mit einer von einer Kreisform abweichenden Kontur vorgesehen sind, in welche die metallischen Lagerkörper (15) o. ä. eingeschoben und eingeklebt sowie erforderlichenfalls zusätzlich mittels mechanischer Befestigungsmittel (17) befestigt sind.

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