EP1289782A1 - Querstrebe für eine verbundlenkerachse - Google Patents

Querstrebe für eine verbundlenkerachse

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EP1289782A1
EP1289782A1 EP02729844A EP02729844A EP1289782A1 EP 1289782 A1 EP1289782 A1 EP 1289782A1 EP 02729844 A EP02729844 A EP 02729844A EP 02729844 A EP02729844 A EP 02729844A EP 1289782 A1 EP1289782 A1 EP 1289782A1
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cross strut
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web
longitudinal bead
longitudinal
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EP02729844A
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Dieter Etzold
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Benteler Automobiltechnik GmbH
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Benteler Automobiltechnik GmbH
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Definitions

  • the invention is based on the object of creating a transverse strut for a torsion-beam axle of a motor vehicle which combines the functions of track, camber and roll stiffness. This object is achieved according to the invention in the features of patent claim 1.
  • the cross strut is now produced from an extruded profile which is composed of a jacket tube and a longitudinal bead which extends radially inwards from the inner surface of the jacket tube, the radial extent of which is smaller than the inner radius of the jacket tube.
  • connection of a jacket tube representing a bending profile to an inner longitudinal bead embodying a torsion bar allows, as in the case of the individual components which belong to the prior art, to independently trim the track, camber and roll stiffness.
  • the bending stiffness of the cross strut is improved due to the inherent inertia of the longitudinal bead.
  • the bending stiffness continues to be positively influenced by the distance of the longitudinal bead from the common profile center of gravity with the casing tube (Steiner portion).
  • the stiffness of the camber can be increased without additional material.
  • a significantly improved material utilization can also take place in the casing tube.
  • the invention provides within the framework of the basic concept of the invention that the wall of the casing tube in its middle length region opposite the edge of the longitudinal bead via a Part of its circumferential length is left out.
  • This configuration of the cross strut specifically serves to reduce its torsional rigidity.
  • torsional stiffness of the cross strut can take place within the scope of the features of claim 2 in that the wall of the casing tube is recessed in the region of its central transverse plane over approximately half the circumferential length. In the direction of the circumferentially closed ends of the casing tube, the circumferential length of the cutout is then continuously reduced to zero.
  • the longitudinal bead is spaced from the inner surface of the casing tube by a radial web. This radial web takes on the function of a push strut.
  • the radial height of the web is larger than the inner radius of the casing tube.
  • the radial height of the web plus the radial extension of the longitudinal bead to the inside diameter of the casing tube is preferably about 0.8: 1, 4, preferably about 1: 1, 2.
  • the thickness of the web is dimensioned approximately equal to the thickness of the wall of the jacket tube, these thicknesses can be optimally matched in such a way that the edge fiber spacing for the jacket tube can be distributed symmetrically. This increases the material utilization and minimizes the weight.
  • the outer diameter of the longitudinal bead is dimensioned approximately equal to three times the thickness of the web.
  • Figure 2 is an enlarged perspective view of a transverse strut of the torsion beam axis of Figure 1;
  • Figure 3 is a side view of the cross strut of Figure 2 and
  • FIG. 4 shows an enlarged front view of the cross strut in the direction of arrow IV in FIG. 3.
  • 1 in FIG. 1 denotes a torsion-beam axle for a motor vehicle.
  • the torsion beam axle 1 generally comprises two trailing arms 2 (not explained in more detail) and a transverse strut 3 connecting the trailing arms 2.
  • the transverse strut 3 is designed cylindrically overall and passes through recesses 4 in the trailing arms 2 which are adapted to the outer contour of the transverse strut 3.
  • the cross strut 3 consists of an extruded profile made of an aluminum alloy.
  • This extruded profile is composed of a jacket tube 5 as a bending profile and a web 7 which extends radially inward from the inner surface 6 of the jacket tube 5 as a push strut with an edge-side longitudinal bead 11 as a torsion bar.
  • the central longitudinal plane 8 of the web 7 runs through the longitudinal axis 9 and thus also through the central longitudinal plane MLE of the casing tube 5.
  • the thickness D of the web 7 corresponds approximately to the thickness D1 of the wall 10 of the casing tube 5.
  • the longitudinal bead 11 is tubular.
  • the radial extent RE of the longitudinal bead 11 is approximately equal to three times the thickness D of the web 7.
  • the radial height H of the web 7 is larger than the inner radius IR of the casing tube 5, but smaller than the inner diameter ID.
  • the ratio of the radial height H of the web 7 plus the radial extent RE of the longitudinal bead 11 in relation to the inner diameter ID of the casing tube 5 is approximately 1: 1, 2.
  • the wall 10 of the casing tube 5 is recessed in its central length area MLB opposite the longitudinal bead 11 over part of its circumferential length UL. In the area of the central transverse plane MQE of the casing tube 5, the wall 10 is recessed approximately over half the circumferential length UL. In the direction of the ends 12 of the casing tube 5 which are closed on the circumference, the circumferential length of the cutout 13 is reduced to zero.
  • the axial length L of the recess 13 is approximately 5: 1 to the length L1 of the circumferentially closed ends 12 of the casing tube 5.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Querstrebe (3) für eine Verbundlenkerachse eines Kraftfahrzeugs be- steht aus einem Strangpressprofil, das sich aus einem Mantelrohr (5) und einem sich von der inneren Oberfläche des Mantelrohrs (5) radial einwärts erstreckenden Steg (7) mit endseitigem, längskanalisiertem Längswulst (11 ) zusammensetzt. Die radiale Höhe des Stegs (7) zuzüglich der radialen Erstreckung des Längswulstes (11) ist kleiner als der Innendurchmesser des Mantelrohrs (5) bemessen. Die Wand (10) des Mantelrohrs (5) ist in dessen mittleren Längenbereich (MLB) dem Längswulst (11) gegenüberliegend über einen Teil ihrers Umfangs mit einer Aussparung (13) versehen.

Description

Querstrebe für eine Verbundlenkerachse
Zur Einstellung der Spur-, Sturz- und Rollsteifigkeit ist es bekannt, neben der Querstrebe für eine Verbundlenkerachse einen Torsionsstab einzusetzen. Hierbei werden die Funktionen Spur-, Sturz- und Rollsteifigkeit jeweils im wesentlichen von den Einzelkomponenten übernommen. Auf diese Weise kann ein unabhängiges Trimmen dieser einzelnen Funktionen vorgenommen werden.
Erforderlich ist aber ein zusätzlicher Torsionsstab mit dem damit verbundenen Aufwand.
Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, eine Querstrebe für eine Verbundlenkerachse eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, welche die Funktionen Spur-, Sturz- und Rollsteifigkeit in sich vereinigt. Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Querstrebe wird nunmehr aus einem Strangpressprofil hergestellt, dass sich aus einem Mantelrohr und einem sich von der inneren Oberfläche des Mantelrohrs radial einwärts erstreckenden Längswulst zusammensetzt, dessen radiale Erstreckung kleiner als der Innenradius des Mantelrohrs bemessen ist.
Die Verbindung eines ein Biegeprofil darstellenden Mantelrohrs mit einem einen Torsionsstab verkörpernden inneren Längswulst erlaubt es, wie bei den zum Stand der Technik zählenden Einzelkomponenten, Spur-, Sturz- und Rollsteifigkeit unabhängig zu trimmen. Hierbei wird die Biegesteifigkeit der Querstrebe aufgrund der Eigenträgheit des Längswulsts verbessert. Hinzu kommt, dass durch den Abstand des Längswulstes vom gemeinsamen Profilschwerpunkt mit dem Mantelrohr weiterhin die Biegesteifigkeit positiv beeinflusst wird (Steiner Anteil). Demzufolge kann die Sturzsteifigkeit ohne zusätzlichen Materialeinsatz erhöht werden. Darüber hinaus kann auch beim Mantelrohr eine deutlich verbesserte Materialausnutzung erfolgen. Der Grund ist darin zu sehen, dass der Schwerpunkt der Querstrebe aufgrund der Masse des Längswulstes - bezogen auf den Eigenschwerpunkt - in Richtung auf den Längswulst verlagert wird. Die Materialnutzung ist mithin optimal bei geringem Gewicht. Ferner kann eine spannungsoptimale Gestaltung des Längswulstes in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen gewählt werden. Durch Variation der Konfiguration und der Abmessungen des Längswulstes ist es schließlich möglich, Achsvarianten mit unterschiedlichen Rollsteifigkeitsanforderungen abzudecken.
Des Weiteren sieht die Erfindung im Rahmen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens vor, dass die Wand des Mantelrohrs in dessen mittleren Längenbereich dem Rand des Längswulstes gegenüberliegend über einen Teil ihrer Umfangslänge ausgespart ist. Diese Ausgestaltung der Querstrebe dient gezielt einer Verkleinerung ihrer Torsionssteifigkeit.
Weitere Variationen der Torsionssteifigkeit der Querstrebe können im Rahmen der Merkmale des Patentanspruchs 2 dadurch erfolgen, dass die Wand des Mantelrohrs im Bereich seiner Mittelquerebene über etwa die halbe Umfangslänge ausgespart ist. In Richtung auf die umfangsseitig geschlossenen Enden des Mantelrohrs verringert sich dann die Umfangslänge der Aussparung hin kontinuierlich bis auf Null.
In diesem Zusammenhang kann es entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 3 vorteilhaft sein, dass die axiale Länge der Aussparung zur axialen Länge der umfangsseitig geschlossenen Enden des Mantelrohrs etwa wie 4:1 bis 6:1 , vorzugsweise etwa wie 5:1 , bemessen ist. Wie groß die axiale Länge der geschlossenen Enden des Mantelrohrs ist, hängt von den jeweiligen Erfordernissen, insbesondere von der Art der Fügung der Querstrebe mit den Längslenkern, ab.
Eine Möglichkeit, die Rollsteifigkeit leicht variieren zu können, wird in den Merkmalen des Patentanspruchs 4 erblickt. Danach ist der Längswulst rohr- förmig ausgebildet. Sein geschlossener Längskanal kann von der Größe des Querschnitts her an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
Eine weitere Verbesserung sehen die Merkmale des Patentanspruchs 5 vor. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist der Längswulst durch einen Radialsteg zur inneren Oberfläche des Mantelrohrs distanziert. Dieser Radialsteg übernimmt die Aufgabe einer Schubstrebe.
Idealerweise erstreckt sich der Steg nach Patentanspruch 6 in der Mittellängsebene des Mantelrohrs.
Auch ist es von Vorteil, wenn entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 7 die radiale Höhe des Stegs größer als der Innenradius des Mantelrohrs bemessen ist. Hierbei ist gemäß Patentanspruch 8 die radiale Höhe des Stegs zuzüglich der radialen Erstreckung des Längswulstes zum Innendurchmesser des Mantelrohrs bevorzugt etwa wie 0,8:1 ,4, vorzugsweise etwa wie 1 :1 ,2 bemessen.
Wenn nach den Merkmalen des Patentanspruchs 9 die Dicke des Stegs etwa gleich der Dicke der Wand des Mantelrohrs bemessen ist, kann eine optimale Abstimmung dieser Dicken dahingehend erfolgen, dass der Randfaserabstand für das Mantelrohr symmetrisch verteilt werden kann. Dies erhöht die Materialausnutzung und minimiert das Gewicht.
Dabei ist der Außendurchmesser des Längswulstes nach Patentanspruch 10 etwa gleich dem dreifachen der Dicke des Stegs bemessen.
Obwohl es erfindungsgemäß möglich ist, jedes zum Strangpressen geeignete Material zur Herstellung der Querstrebe einzusetzen, besteht eine besonders vorteilhafte Ausbildung in den Merkmalen des Patentanspruchs 11 , wonach die Querstrebe aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in schematischer Perspektive eine Verbundlenkerachse für ein
Kraftfahrzeug;
Figur 2 in vergrößerter perspektivischer Darstellung eine Querstrebe der Verbundlenkerachse der Figur 1 ;
Figur 3 eine Seitenansicht auf die Querstrebe der Figur 2 und
Figur 4 in vergrößerter Darstellung eine Stirnansicht auf die Querstrebe in Richtung des Pfeils IV der Figur 3. Mit 1 ist in der Figur 1 eine Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug bezeichnet. Die Verbundlenkerachse 1 umfasst ganz allgemein zwei nicht näher erläuterte Längslenker 2 sowie eine die Längslenker 2 verbindende Querstrebe 3. Die Querstrebe 3 ist insgesamt zylindrisch gestaltet und durchsetzt an die Außenkontur der Querstrebe 3 angepasste Ausnehmungen 4 in den Längslenkern 2.
Wie die Figuren 2 bis 4 bei gemeinsamer Betrachtung näher erkennen lassen, besteht die Querstrebe 3 aus einem Strangpressprofil aus einer Aluminium-Legierung. Dieses Strangpressprofil setzt sich aus einem Mantelrohr 5 als Biegeprofil und einem sich von der inneren Oberfläche 6 des Mantelrohrs 5 radial einwärts erstreckenden Steg 7 als Schubstrebe mit randseitigem Längswulst 11 als Torsionsstab zusammen. Die Mittellängsebene 8 des Stegs 7 verläuft durch die Längsachse 9 und damit auch durch die Mittellängsebene MLE des Mantelrohrs 5. Die Dicke D des Stegs 7 entspricht etwa der Dicke D1 der Wand 10 des Mantelrohrs 5.
Der Längswulst 11 ist rohrförmig ausgebildet. Die radiale Erstreckung RE des Längswulstes 11 ist etwa gleich dem dreifachen der Dicke D des Stegs 7 bemessen.
Die radiale Höhe H des Stegs 7 ist größer als der Innenradius IR des Mantelrohrs 5, aber kleiner als der Innendurchmesser ID bemessen. Das Verhältnis der radialen Höhe H des Stegs 7 zuzüglich der radialen Erstreckung RE des Längswulstes 11 in Relation zum Innendurchmesser ID des Mantelrohrs 5 beträgt etwa 1 :1 ,2.
Die Wand 10 des Mantelrohrs 5 ist in dessen mittleren Längenbereich MLB dem Längswulst 11 gegenüberliegend über einen Teil seiner Umfangslänge UL ausgespart. Im Bereich der Mittelquerebene MQE des Mantelrohrs 5 ist die Wand 10 etwa über die halbe Umfangslänge UL ausgespart. In Richtung auf die umfangsseitig geschlossenen Enden 12 des Mantelrohrs 5 verringert sich die Umfangslänge der Aussparung 13 bis auf Null. Die axiale Länge L der Aussparung 13 ist zur Länge L1 der umfangsseitig geschlossenen Enden 12 des Mantelrohrs 5 etwa wie 5:1 bemessen.
Bezugszeichenaufstellung:
1 - Verbundlenkerachse
2 - Längslenker von 1
3 - Querstrebe von 1
4 - Ausnehmungen in 2 für 3
5 - Mantelrohr von 3
6 - innere Oberfläche von 5
7 - Steg von 3
8 - Mittellängsebene von 7
9 - Längsachse von 5 10 - Wand von 5
11 - Längswulst an 7
12 - Enden von 5
13 - Aussparung in 10
D - Dicke von 7
D1 - Dicke von 10
H - radiale Höhe von 7
ID - Innendurchmesser von 5
IR - Innenradius von 5
L - Länge von 13
L1 - Länge von 12
MLB - mittlerer Längenbereich von 5
MLE - Mittellängsebene von 5 QE - Mittelquerebene von 5
RE - radiale Erstreckung von 11
UL - Umfangslänge von 3

Claims

Patentansprüche
1. Querstrebe für eine Verbundlenkerachse (1 ) eines Kraftfahrzeugs, die aus einem Strangpressprofil besteht, das sich aus einem Mantelrohr (5) und einem sich von der inneren Oberfläche (6) des Mantelrohrs (5) radial einwärts erstreckenden Längswulst (7) zusammensetzt, dessen radiale Erstreckung (RE) kleiner als der Innenradius (IR) des Mantelrohrs (5) bemessen ist, wobei die Wand (10) des Mantelrohrs (5) in dessen mittleren Längenbereich (MLB) dem Längswulst (11 ) gegenüberliegend über einen Teil ihrer Umfangslänge (UL) ausgespart ist.
2. Querstrebe nach Patentanspruch 1 , bei welcher die Wand (10) des Mantelrohrs (5) im Bereich seiner Mittelquerebene (MQE) über etwa die halbe Umfangslänge (UL) ausgespart ist, wobei sich die Umfangslänge der Aussparung (13) in Richtung auf die umfangsseitig geschlossenen Enden (12) des Mantelrohrs (5) hin kontinuierlich bis auf Null verringert.
3. Querstrebe nach Patentanspruch 1 oder 2, bei welcher die axiale Länge (L) der Aussparung (13) zur axialen Länge (L1 ) der umfangsseitig geschlossenen Enden (12) des Mantelrohrs (5) etwa wie 4:1 bis 6:1 , vorzugsweise etwa wie 5:1 , bemessen ist.
4. Querstrebe nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, bei welcher der Längswulst (11 ) rohrförmig ausgebildet ist.
5. Querstrebe nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, bei welcher der Längswulst (11 ) durch einen Radialsteg (7) zur inneren Oberfläche (6) des Mantelrohrs (5) distanziert ist.
6. Querstrebe nach Patentanspruch 5, bei welcher sich der Steg (7) in der Mittellängsebene (MLE) des Mantelrohrs (5) erstreckt.
7. Querstrebe nach Patentanspruch 5 oder 6, bei welcher die radiale Höhe (H) des Stegs (7) größer als der Innenradius (IR) des Mantelrohrs (5) bemessen ist.
8. Querstrebe nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, bei welcher die radiale Höhe (H) des Stegs (7) zuzüglich der radialen Erstreckung (RE) des Längswulstes (11 ) in Relation zum Innendurchmesser (ID) des Mantelrohrs (5) etwa wie 0,8:1 ,4, vorzugsweise etwa wie 1 :1 ,2, bemessen ist.
9. Querstrebe nach einem der Patentansprüche 5 bis 8, bei welcher die Dicke (D) des Stegs (7) etwa gleich der Dicke (D1 ) der Wand (10) des Mantelrohrs (5) bemessen ist.
10. Querstrebe nach Patentanspruch 9, bei welcher die radiale Erstreckung (RE) des Längswulstes (11 ) etwa gleich dem Dreifachen der Dicke (D) des Stegs (7) bemessen ist.
11. Querstrebe nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, die aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung gebildet ist.
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