DE4003922C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerhinterachse für Kraftfahrzeuge entsprechend den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Verbundlenkerhinterachse zählt durch die DE 27 35 939 C2 zum Stand der Technik. Die Querstrebe ist hierbei über ihre gesamte Länge V-förmig gestaltet. Die unter einem Winkel von etwa 45° zueinander angeordneten geraden Profilschenkel sind im Scheitelbereich der Querstrebe durch einen bogenförmig gekrümmten Übergangsabschnitt miteinander verbunden. Die Stirnseiten der Querstrebe sind hinsichtlich des gekrümmten Scheitelbereichs sowie der Profilschenkel so ausgespart, daß sie die angrenzenden rohrförmigen Längslenker über etwa 180° umfassen. Dabei liegen die freien Enden der Profilschenkel etwa in den durch die Längsachsen der Längslenker verlaufenden Vertikalebenen, während der gekrümmte Scheitelbereich etwa in der durch die Längsachsen verlaufenden horizontalen Ebene an die Längslenker angeschlossen ist.

In den Verbindungsbereichen der Querstrebe mit den Längslenkern sind schuhförmige Knotenbleche eingeschweißt. Vor den Spitzen der an die Querstrebe geschweißten Schenkel der Knotenbleche sind in den Scheitelbereich der Querstrebe Sicken quer eingedrückt. Diese Sicken im Gebiet der größten Steifigkeitspunkte sollen eine Art Wellenbrechereffekt bewirken und den Spannungsverlauf in den Verbindungsbereichen günstig beeinflussen.

Aufgrund des vorgeschilderten Sachverhalts sowie der Maßnahme, daß die sich durch die Winkelhalbierende der Querstrebe erstreckende Ebene in der durch die Längsachsen der Längslenker verlaufenden Horizontalebene liegt, besteht bei der bekannten Bauart der Nachteil, daß der Schubmittelpunkt einer derartigen Verbundlenkerhinterachse eindeutig festgelegt wird und eine Variation des Schubmittelpunkts nicht möglich ist. Folglich sind auch für die übrige Gestaltung der Fahrzeugkonstruktion, insbesondere für das Fahrverhalten, Einschränkungen vorprogrammiert.

Durch die Vorgabe des Schubmittelpunkts der Verbundlenkerhinterachse muß auch ein größerer Einbauraum für die gesamte Hinterachskonstruktion bereitgestellt werden. Aufgrund der Anbindung der Querstrebe an die Längslenker unter einem vorgegebenen Winkel muß die Anpassung der Bauteile: Querstrebe/Längslenker/Karosserieanbindung/Achszapfen gleichzeitig an die Karosserie und an die Achszapfen ausschließlich durch die Gestaltung der Längslenker erfolgen. Diese Einschränkung der Konstruktionsmöglichkeit kann bewirken, daß entweder ein größerer Freiraum für die rohrförmigen Längslenker notwendig wird oder eine komplizierte Blechschalenkonstruktion zum Tragen kommen muß.

Für eine Längslenkerkonstruktion aus gepreßten Blechschalen, die anschließend mittels Punkt- oder anderer Schweißverfahren zu funktionsfähigen kastenförmigen Längslenkern zusammengefügt werden, ist in der DE 32 30 114 C2 beschrieben, wie im Anbindungsbereich der Querstrebe an einen Preßteillängslenker die V-Form des Mittelbereichs mit parallel zueinander verlaufenden Schenkelenden in eine U-Form mit einem bogenförmigen Steg übergeht. Man will hiermit den kritischen Spannungen im Anbindungsbereich Preßteillängslenker/V-förmige Querstrebe durch die vom Radaufstandspunkt induzierten Kräfte über die Radaufnahmen und Längslenker in die Querstrebe so weit reduzieren, daß sie ausreichend unterhalb der notwendigen Festigkeitsgrenzen des zu verwendenden Materials liegen.

Dieser Vorschlag beschränkt sich ausschließlich auf die Anbindung Querstrebe/Längslenker, wobei die Längslenker aus Preßteilschalen gefertigt sind, auf einen Winkel α= 0° bezüglich der Winkelhalbierenden der Querstrebe zur Symmetrieebene der Längslenker im Bereich der Anbindung Längslenker/Querstrebe und ausschließlich auf einen bogenförmig geformten Steg in den Endabschnitten der Querstrebe.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, daß die vergleichsweise weichen Profilschenkel der Querstrebe mehr oder weniger stark gegeneinander verschoben werden, wenn die Längslenker aufgrund der durch die Lasteinleitung über die Radaufnahmen induzierten Kräfte um ihre Längsachse verdreht werden. Die hierdurch im Bereich der Anbindungen der Querstrebe an die Längslenker erzeugten Wölb- und Biegespannungen sind hoch, was mithin zu einer Herabsetzung der Standzeit der Anbindungen der Querstrebe an die Längslenker führt.

Die Nachteile eines Längslenkers in Preßteilversion gegenüber einem aus einem Rohr gefertigten Längslenker mit kreisförmigen oder anderen Querschnitten sind einmal das höhere Gewicht, bedingt durch den im Querschnitt gesehen horizontal umlaufenden Flansch, der je nach Schweißart entsprechend breit vorgesehen werden muß, sowie der umlaufenden Schweißnaht oder Schweißpunkte, zum anderen der für den Flansch zusätzlich notwendige Freiraum sowie aller damit verbundenen Nachteile einer solchen langen Schweißkonstruktion.

Bei der bekannten Bauart wird das Punktschweißverfahren eingesetzt, da beim CO₂-Schweißen eine umlaufende Schweißnaht eine starke Neigung zum Schweißverzug wegen hoher Wärmeeinbringung bezogen auf die Bauteilgröße zur Folge hätte. Beim Punktschweißen aber wird ein breiterer Flansch benötigt, der wiederum mehr Platz beansprucht. Die Lage der Symmetrieachse der Querstrebe zur Symmetrieebene der Blechschalenlängslenker ist mit einem Winkel α=0° eingeschränkt. Die Nachteile, die sich daraus ergeben, sind die gleichen wie vorstehend anhand der DE 27 35 939 C2 erläutert.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebene Verbundlenkerhinterachse so auszugestalten, daß die Standzeit der Anbindungen der Querstrebe an die Längslenker ohne Beeinträchtigung der fahrcharakteristischen Eigenschaften merklich verbessert wird.

Die Lösung dieses Problems besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Verdrehung des V-Profils gegenüber den Längslenkermittelachsen um den Winkel 0°<α<20° möglich ist. Eine Anpassung der Gestalt der Längslenker wird hierbei weniger notwendig, so daß diese eine einfache Kontur erhalten können. Die U-förmige Ausbildung des V-Profils bietet eine besondere Anbindungsmöglichkeit der Querstrebe an die rohrförmigen Längslenker. Die U-förmigen Anbindungsbereiche de Querstrebe sorgen bei der Übertragung der Kräfte von den Längslenkern in die Querstrebe für einen weichen Übergang in die Querstrebe. Torsions- und Biegebeanspruchungen werden durch die quer zu den Längslenkerrohrmittelachsen verlaufenden Anbindungslinien der ebenen Stege der U-förmigen Profilbereiche der Querstrebe, die die Längslenkerrohre bis zu ca. 50% umschließen, von den Längslenkern in die Querstrebe übertragen. Die Übertragung der Kräfte erfolgt somit direkt über die Stege der U-Profile in die Spitze des V-Profils der Querstrebe. Betrachtet man den Querschnitt des V-Profils, so bildet die Spitze des V-Profils im Gegensatz zu den zueinander parallel verlaufenden offenen Schenkeln den steiferen Teil gegenüber Torsion und Biegung. Die weicheren offenen Schenkel des V-Profils werden bei dieser Anbindungsart nicht zur Kraftübertragung herangezogen und können frei der Torsionsbewegung nachkommen, ohne daß die Haltbarkeit der Anbindung zwischen den Längslenkern und der Querstrebe bei Dauerbeanspruchung beeinträchtigt wird.

Durch die Umformung des dachförmigen Stegs der Querstrebe zu ebenen Stegen in den den Längslenkern benachbarten Endabschnitten können also die von den Radaufnahmen in die Längslenker induzierten Drehmomente nicht mehr dazu führen, daß die biegeweichen Profilschenkel der U-förmigen Endabschnitte sich merklich gegeneinander verschieben. Vielmehr werden die Profilschenkel drehmomententlastet und dadurch die im Bereich der Anbindungen der Querstrebe an die Längslenker entstehenden Wölb- und Biegespannungen erheblich reduziert, was auch bei Dauerbeanspruchungen der Verbundlenkerhinterachse deren Standzeit merklich heraufsetzt. Die geraden Stege der U-förmigen Endabschnitte der Querstrebe nehmen nahezu allein die in die Längslenker induzierten Drehmomente auf und leiten diese dann über die U-förmigen Endabschnitte in den biegesteifen dachförmigen Steg im mittleren Längenbereich der Querstrebe ein.

Die vorstehend erläuterten vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Verbundlenkerhinterachse ergeben sich unabhängig davon, ob die rohrförmigen Längslenker einen kreisringförmigen, einen flach ovalen oder einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Kanten aufweisen.

Durch die Abwinklung der durch die Winkelhalbierende der Querstrebe verlaufenden Längsebene relativ zu der durch die Längsachsen der Längslenker verlaufenden Horizontalebene ist der Schubmittelpunkt je nach Einbaulage der Querstrebe nach oben oder unten verlagert. Hierbei besteht außerdem die Möglichkeit, die ebenen Stege der U-förmigen Endabschnitte entweder im rechten Winkel zu ihren Profilschenkeln oder im rechten Winkel zu der durch die Längsachsen der Längslenker verlaufenden Horizontalebene anzuordnen. Im letzteren Fall sind die ebenen Stege dann in dem Winkel zu ihren Profilschenkeln abgewinkelt, wie auch die durch die Winkelhalbierende der Querstrebe verlaufende Ebene zu der Ebene abgewinkelt ist, die durch die Längsachsen der Längslenker verläuft.

Eine weitere Entlastung der Profilschenkel der Querstrebe ergibt sich unter Anwendung der Merkmale des Patentanspruchs 2. Dies bedeutet, daß nur noch vergleichsweise kurze Längenabschnitte der Profilschenkel der U-förmigen Endabschnitte etwa in den durch die Längsachsen der Längslenker verlaufenden Vertikalebenen an die Längslenker geschweißt sind.

Schließlich wird eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung in den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gesehen. Danach sind die U-förmigen Endabschnitte länger als die benachbarten Schenkel der Knotenbleche bemessen. Hinter den Spitzen der Knotenbleche gehen die U-förmigen Endabschnitte dann weich in die V-Form des mittleren Längenbereichs über. Damit ist die Anbindung der Knotenbleche ausschließlich im Bereich der U-förmigen Endabschnitte gewährleistet. Auf diese Weise nimmt die viel torsionssteifere Konstruktion aus Knotenblech und U-förmigem Endenbereich der Querstrebe die bei induzierten Drehmomenten gefährdeten Anbindungen der Knotenbleche auf. Dabei ist es möglich, daß die zur Querstrebe parallelen Schenkel der Knotenbleche ganz oder teilweise stumpf an die ebenen Stege geschweißt werden. Die Querstrebe wird von den dynamischen Torsions- und Biegebelastungen ausreichend entlastet.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Draufsicht die Anbindung der Querstrebe einer Verbundlenkerhinterachse an einen Längslenker;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 1 entlang der Linie II-II;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 1 entlang der Linie III-III;

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 1 entlang der Linie IV-IV unter Fort­ lassung des Knotenblechs;

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung mit einem rechteckigen rohrförmigen Längslenker;

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 1 bei leicht verdrehter Querstrebe ohne Knotenblech und

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Fig. 1 entlang der Linie VI-VI bei verdrehter Querstrebe und ohne Knotenblech entsprechend einer weiteren Ausführungsform.

Mit 1 ist in der Figur eine Hälfte einer Verbundlenker­ hinterachse für einen Personenkraftwagen bezeichnet.

Die Verbundlenkerhinterachse 1 umfaßt eine Querstrebe 2, die zwischen zwei rohrförmige Längslenker 3 (siehe auch Fig. 4) eingeschweißt ist. Die Querstrebe 2 verbindet nicht nur die beiden Längslenker 3, sondern wirkt unter anderem auch als Verdrehfeder, wenn z. B. die beiden Längslenker 3 gegen­ einander verschoben werden. Sämtliche Kräfte - insbesondere Torsions- und Biegekräfte - müssen hierbei über die Anbin­ dungen der Querstrebe 2 an die Längslenker 3 in die Quer­ strebe 2 eingeleitet werden.

Zur Verstärkung der Anbindungen der Querstrebe 2 an die Längslenker 3 ist zwischen jedem Längslenker 3 und dem be­ nachbarten Endabschnitt 4 der Querstrebe 2 ein schuhförmi­ ges Knotenblech 5 eingeschweißt.

Die Längslenker 3 sind an einem Ende mit Radaufnahmen 6 und am anderen Ende mit Gummilagern 7 zur Anlenkung an die Karosserie verbunden.

Wie die Fig. 1 und 3 zu erkennen geben, ist die Querstre­ be 2 im mittleren Längenbereich 8 mit zwei zueinander paral­ lel verlaufenden Profilschenkeln 9 versehen. Die Profilschen­ kel 9 sind durch einen V-artig profilierten dachförmigen Steg 10 miteinander verbunden. In den Endabschnitten 4 ist die Querstrebe 2 U-förmig umgeformt (Fig. 1 und 2), so daß zwischen den beiden parallelen Profilschenkeln 9 nunmehr ein ebener Steg 11 vorgesehen ist. Die Länge jedes U-förmi­ gen Endabschnitts 4 ist so bemessen, daß der parallel zur Querstrebe 2 verlaufende Schenkel 12 des Knotenblechs 5 mindestens teilweise stumpf auf den ebenen Steg 11 des U- förmigen Endabschnitts 4 geschweißt werden kann.

Die Stirnseite 13 des ebenen Stegs 11 ist im Bereich des Längslenkers 3 entsprechend dessen Kontur ausgespart (siehe auch Fig. 4), wobei der ebene Steg 11 den Längslenker 3 etwa mit 180° umgreift.

Ferner ist der Fig. 1 zu entnehmen, daß in den U-förmigen Endabschnitten 4 der Querstrebe 2 die Profilschenkel 9 verkürzt sind. Die Länge der Verkürzung entspricht etwa dem Durchmesser eines Längslenkers 3. Der Kurvenverlauf 14 der Verkürzung ist konkav. Dadurch ist die Länge der Profilschenkel 9 im Bereich ihrer etwa in der durch die Längsachse 15 des Längslenkers 3 verlaufenden Vertikalebene liegenden Stirnseiten 16 etwa gleich dem fünften Teil ihrer ursprünglichen Länge im mittleren Längenbereich 8 der Quer­ strebe 2 bemessen.

Die vorstehend erläuterte Ausführungsform hat die Eigen­ schaft, daß durch Lasteinleitung über die Radaufnahmen 6 in den Längslenkern 3 induzierte Drehmomente - der Drehpunkt liegt im Gummilager 7 in Punkt 17 - über die spezielle Aus­ bildung der Querstrebe 2 an die Längslenker 3 von der Quer­ strebe 2 aufgenommen werden, ohne daß sich dabei die Profil­ schenkel 9 gegeneinander verschieben.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit einem rechtecki­ gen Längslenker 3. Auch hierbei ist zu erkennen, daß der ebene Steg 11 im U-förmigen Endabschnitt 4 der Querstrebe 2 den Längslenker 3′ etwa um 180° umfaßt.

In der Fig. 6 ist dargestellt, daß die Winkelhalbierende 18 der Querstrebe 2 im Winkel α zu der durch die Längsachse 15 des Längslenkers 3 verlaufenden Ebene geneigt verläuft. In diesem Fall ist der ebene Steg 11 des U-förmigen Endab­ schnitts im rechten Winkel β von 90° zu den Profilschenkeln 9 angeordnet.

Bei der Ausführungsform der Fig. 7, wo die Querstrebe 2 ebenfalls um den Winkel α verdreht angeordnet ist, ist je­ doch der ebene Steg 11 des U-förmigen Endabschnitts 4 im rechten Winkel β zu der Längsachse 15 des Längslenkers 3 angeordnet.

Sowohl bei der Ausführungsform der Fig. 6 als auch bei der Ausführungsform der Fig. 7 ist der Schubmittelpunkt aus der durch die Längsachse 15 der Längslenker 3 verlaufenden Hori­ zontalebene nach unten verschoben.

Claims (3)

1. Verbundlenkerhinterachse für Kraftfahrzeuge, die aus zwei rohrförmigen Längslenkern (3, 3′) und einer zwischen die Längslenker (3, 3′) eingeschweißten, im Querschnitt etwa V-förmigen Querstrebe (2) besteht, deren Stirnseiten (13) entsprechend der Kontur der angrenzenden Längslenker (3, 3′) ausgespart sind und die Längslenker (3, 3′) über etwa 180° umgreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Längenbereich (8) der Querstrebe (2) aus zwei zueinander parallel verlaufenden Profilschenkeln (9) sowie einem diese Profilschenkel (9) verbindenden dachförmigen Steg (10) gebildet ist und die Endabschnitte (4) der Querstrebe (2) in jeweils einen U-förmigen Querschnitt mit einem ebenen Steg (11) zwischen den parallelen Profilschenkeln (9) umgeformt sind, dessen entsprechend der Kontur des angrenzenden Längslenkers (3, 3′) ausgesparte Stirnseite (13) diesen Längslenker (3, 3′) über etwa 120° bis 180° umgreift, wobei die durch die Winkelhalbierende (18) der Querstrebe (2) verlaufende Längsebene im Winkel (α) zu der durch die Längsachse (15) der Längslenker (3, 3′) verlaufenden horizontalen Ebene geneigt vorgesehen und der ebene Steg (11) in einem Winkel (β) von 90° zu den Profilschenkeln (9) oder zu den Längsachsen (15) der Längslenker (3, 3′) angeordnet sind.

2. Verbundlenkerhinterachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den U-förmigen Endab­ schnitten (4) der Querstrebe (2) die Profilschenkel (9) über eine etwa dem Durchmesser eines Längslenkers (3, 3′) entsprechende Länge der Querstrebe (2) bogenförmig konkav verkürzt sind und ihre Länge im Bereich ihrer Stirnseiten (16) etwa dem fünften Teil ihrer ursprünglichen Länge im mittleren Längenbereich (8) der Querstrebe (2) bemessen ist.

3. Verbundlenkerhinterachse nach Anspruch 1 oder 2, mit schuhförmigen Knotenblechen (5) zwischen den Längslenkern (3, 3′) und der Querstrebe (2), dadurch gekennzeichnet, daß die in Längsrichtung der Querstrebe (2) gemessene Erstreckung der U-förmigen Endabschnitte (4) größer als die Länge der an den U-förmigen Endabschnitten (4) befestigten Schenkel (12) der Knotenbleche (5) bemessen ist.