DE4003922C2 - - Google Patents
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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.
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