WO2008138333A1 - Vierpunktlenker - Google Patents

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WO2008138333A1
WO2008138333A1 PCT/DE2008/050012 DE2008050012W WO2008138333A1 WO 2008138333 A1 WO2008138333 A1 WO 2008138333A1 DE 2008050012 W DE2008050012 W DE 2008050012W WO 2008138333 A1 WO2008138333 A1 WO 2008138333A1
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point link
arms
link
vehicle
central region
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PCT/DE2008/050012
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Inventor
Matthias Quaing
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Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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Priority to US12/597,024 priority patent/US7980575B2/en
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G9/00—Resilient suspensions of a rigid axle or axle housing for two or more wheels
    • B60G9/02—Resilient suspensions of a rigid axle or axle housing for two or more wheels the axle or housing being pivotally mounted on the vehicle, e.g. the pivotal axis being parallel to the longitudinal axis of the vehicle
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2206/00—Indexing codes related to the manufacturing of suspensions: constructional features, the materials used, procedures or tools
    • B60G2206/01—Constructional features of suspension elements, e.g. arms, dampers, springs
    • B60G2206/10—Constructional features of arms
    • B60G2206/121—Constructional features of arms the arm having an H or X-shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2206/00—Indexing codes related to the manufacturing of suspensions: constructional features, the materials used, procedures or tools
    • B60G2206/01—Constructional features of suspension elements, e.g. arms, dampers, springs
    • B60G2206/80—Manufacturing procedures
    • B60G2206/81—Shaping
    • B60G2206/8101—Shaping by casting

Definitions

  • the invention relates to a four-point link for suspending a vehicle axle on a vehicle frame of a vehicle, with four firmly connected in a central region and away from the central region to form a cross wegerumblenden handlebar arms, of which two first link arms on the vehicle frame and two second link arms on the vehicle axle are steerable. Furthermore, the invention relates to a vehicle with such a four-point link.
  • EP 0 776 275 B1 discloses an axle suspension for rigid axles in vehicles, wherein the vehicle axle is connected to the vehicle body by trailing arms and a four-point link. At the ends of the arm designed as an X-shaped cross four-point link joints for attachment to the body and joints for attachment to the vehicle axle are arranged.
  • the cross-sectional profile of the arms may be double T-shaped or consist of a hollow profile.
  • DE 100 50 772 A1 discloses an axle suspension for rigid axles in vehicles, consisting of two rigid axles connecting the rigid axle to the vehicle body and a four-point link, which is connected on the one hand articulated to the rigid axle and the other articulated to the vehicle body.
  • the four-point link consists of a parallel to the vehicle longitudinal direction extending hollow component, at the ends of each two are provided symmetrically to the longitudinal axis of the component and fixedly connected to him articulated arms are provided.
  • DE 10 2004 014 610 A1 describes an X-shaped four-point link for axle suspension of a rigid axle of a commercial vehicle, with a central, hollow housing portion and four integrally formed on the housing arm arms, at the outer ends of ball joints or elastomer joints provided bearing eyes are formed ,
  • the hollow housing of the four-point link has a tubular shape open on both sides and is waisted on all four sides.
  • the control arms have a U-shaped or C-shaped cross-section and flow into the central, tubular housing area.
  • the hollow housing can be formed as a sheet metal part or as a casting, wherein the four-point link, for example. made of bainitic cast iron.
  • a disadvantage of the previously produced in the forging X geometry is their predetermined by the manufacturing process rectangular cross-section, which causes a high component weight and thus high costs.
  • a torsionally soft forged four-point link arms are usually made very flat.
  • the problem may arise that the housing heads are not completely filled during the forging process.
  • An X geometry with double-T shaped Arm cross section requires for casting several cores, which make the component more expensive.
  • the double T-profile is unfavorable for side loads.
  • the cast iron construction open on both sides according to DE 10 2004 014 610 Al has proven itself.
  • This form is characterized by a cost-effective and lightweight blank as well as by the hollow construction and thus offers some advantages to the forged four-point link.
  • the design reaches its limits with soft torsional identifications.
  • To make the identifier softer e.g. reduced either the wall thickness or the core height. Both measures have manufacturing limitations.
  • the wall thickness should be kept to a minimum so that the component can be cast, and the core should have a minimum height so that it does not break due to buoyancy of the molten cast iron.
  • this form is less suitable for the application of a torsionally soft identifier.
  • a reduction of the torsion by a narrower component is only possible to a very limited extent for reasons of operational stability.
  • the torsion is almost exclusively determined by the pipe.
  • the disadvantages of this design are on the one hand in the production technology.
  • the geometry of the four-point link is not forgeable by the tube profile usually.
  • the four-point link for a production by casting is only limited suitable because the inner diameter must not fall below a minimum because of the necessary stability of the long casting core. Since the arms are formed as a rectangular profile, there is a risk of cavitation, if they are not made very thin. On the other hand, this geometry is not load-bearing.
  • the tube profile in the middle must be very thin or of small cross-section with soft torsion detection and thus offers only little resistance to side load.
  • the arms also offer little resistance as a thin rectangular profile of the side load.
  • the handlebar at the transition of the arms to the pipe on a stiffness jump which is unfavorable for the durability.
  • the present invention seeks to provide a four-point link, which is torsionally soft and can absorb high side loads simultaneously.
  • the four-point link invention for suspending a vehicle axle on a vehicle frame of a vehicle, in particular utility vehicle has four in a central region firmly interconnected and away from the central region to form a cross wegerumblende link arms, of which two first link arms on the vehicle frame and two second link arms the vehicle axle are articulated, wherein the control arms each have a transverse or vertical to the cross plane open H-profile.
  • Each of the H-profiles is preferably formed by two legs and a web extending between the legs, wherein the legs and the web define two recesses separated by the web which are open to opposite sides. In particular, the recesses are only open on one side.
  • the term "H-profile open transversely or vertically to the cross-plane" is therefore to be understood in particular as meaning that the recesses of each of the H-profiles are open transversely or vertically to the cross-plane.
  • the two limbs of each H-profile are preferably aligned parallel or substantially parallel to one another, and the ridge of each H-profile also extends in particular transversely or perpendicular to the respective legs.
  • the link arms have a transverse or vertical to the cross plane open H-profile
  • the four-point link for a torsionally soft and can take on the other high side loads.
  • the four-point link invention can accommodate higher side loads, as if his arms a double-T profile according to the EP 0 776 275 B1.
  • the transverse or vertical to the cross plane open H-profile manufacturing advantages since it in contrast to the double-T profile according to EP 0776275 Bl or even to the known from DE 10 2004 014 610 Al C-profile without core can be poured.
  • the term “transverse” preferably stands for "perpendicular", for "substantially vertical” or for "oblique”.
  • the term “transverse to the cross plane” means, for example, “perpendicular to the cross plane", “substantially perpendicular to the cross plane” or “obliquely to the cross plane”.
  • the link arms preferably merge into one another in the central region, wherein this transition takes place in particular in a material-homogeneous manner.
  • the four-point link may form a cross or X-shaped cross or have an X-shaped configuration.
  • the crossing plane preferably forms a median plane of the four-point link.
  • the control arms, and preferably also the central area lie in the crossing plane of the four-point link.
  • the expression "transversely or vertically to the crossing plane open H-profile" in particular also be interpreted such that the webs of the H-profiles lie in the crossing plane.
  • the handlebar arms can run straight.
  • the link arms are curved, so that the terms "cross-shaped”, “cross”, “X-shaped cross” or “X-shaped shape” include such a curved course of the link arms.
  • the link arms are curved in particular in the cross plane.
  • the H-profiles of the handlebar arms can taper with increasing distance to the central area.
  • the height of the legs of the H-profiles of the link arms and / or the width of the webs of the H-profiles of the link arms and / or the width of the H-profiles of the link arms decreases with increasing distance to the central area.
  • the central area has a tubular profile.
  • the central region has two H-profiles which are open transversely or vertically to the cross-plane and which are connected to one another with the formation of the tubular profile or merge into one another.
  • Each of the H-profiles of the central region is preferably formed by two legs and a web extending between the legs, wherein the legs and the web define two recesses separated by the web which are open to opposite sides. In particular, the recesses are only open on one side.
  • H-profiles open transversely or vertically to the cross-plane is therefore to be understood in particular as meaning that the recesses of each of the H-profiles of the central region are open transversely or vertically to the cross-plane
  • the two limbs of each H-profile of the central region are preferably aligned parallel or substantially parallel to one another, and the ridge of each H-profile of the central region extends in particular transversely or perpendicularly to the respective limbs ,
  • the mutually associated legs of the H-profiles of the central region are connected together to form the tubular profile, which is arranged in particular between the webs of the two H-profiles of the central region.
  • the H-profiles of the link arms preferably merge into the H-sections of the central area.
  • the tube profile is preferably O-shaped.
  • the two mutually facing legs of the H-profiles of the central region may be curved toward each other to form the tube profile.
  • the tube profile is especially open on both sides. Furthermore, the tube profile preferably extends in a longitudinal direction of the cross or the four-point link, which runs in particular centrally between the two first link arms and centrally between the two second link arms. In particular, the longitudinal direction also extends through the central region.
  • the handlebar arms have at their end remote from the central region ends in each case a joint receptacle on or in which a joint is arranged or can be arranged.
  • the two first link arms can be articulated by means of the joints on the vehicle frame and the two second link arms by means of the joints on the vehicle axle.
  • the bearing mounts are preferably hollow cylindrical educated.
  • the joints are designed in particular as ball joints and / or molecular joints.
  • ADI English: Austempered Ductile Iron
  • the four-point link according to the invention forms a twistable cross, by means of which, in addition to the suspension of the vehicle axle on the vehicle frame, the function of a roll stabilizer can be achieved.
  • the four-point link for this purpose forms a reversibly and / or elastically twistable cross.
  • the invention further relates to a vehicle, in particular utility vehicle, with at least one vehicle axle, a vehicle frame and one or at least a four-point link according to the invention, wherein the two first link arms are hinged to the vehicle frame and the two second link arms on the vehicle axle.
  • the four-point link can be developed according to all mentioned embodiments.
  • the two first link arms and the two second link arms are articulated by means of the joints on the vehicle frame or on the vehicle axle.
  • the vehicle axle is preferably a rigid axle.
  • the four-point link geometry according to the invention is specially designed for soft torsion identifications.
  • the deformation is absorbed by the torsionally soft arms, by the special geometry in the middle of the handlebar and by the molecular joints, wherein the proportion of molecular joints is preferably low.
  • a low torsional moment and thus low vertical loads act on the four-point link.
  • relatively high side loads can attack the four-point link.
  • the area moment of inertia of the H-profile used for the control arms is more suitable than the double-T-profile according to EP 0 776 275 B1.
  • the handlebar arms of the four-point link converge in a cross.
  • a geometry is advantageous, which is formed from a combination of H-profiles and a tube profile.
  • this geometry already taken into account, the accumulation of material can be avoided and certain wall thicknesses can be met, so that formation of voids in the four-point link is avoidable and subsequent heat treatment of the four-point link affects its entire cross-section.
  • the four-point link according to the invention is highly resilient in the central region. These loads arise on the one hand from the torsion, which can be optimally absorbed by the tube profile, and on the other hand from the side load, which in addition by the lateral webs of the H-profiles of the central region is receivable. These advantages are not present, for example, in a four-point link according to DE 100 50 772 Al.
  • a homogeneous transition of the control arms is preferably given to the central region, which positively affects the durability of the four-point link according to the invention.
  • the casting core for the central region of the four-point link according to the invention is very stable due to its relatively large cross section and its comparatively short length, which is no longer the case with a casting core for a cast link according to DE 10 2004 014 610 A1, if this cast link is torsionally soft and thus flat is performed.
  • the H-profile of the handlebar arms Due to the H-profile of the handlebar arms, they are pourable without cores.
  • the H-profile is torsionally soft but stable against side load and thus optimal for the intended
  • H-profile and tube profile or tube cross-section in the central area of the four-point link allows consistent and production-relevant wall thicknesses as well as load-balanced geometry without any jump in stiffness.
  • a casting core only has to be used in the middle for the central area.
  • the casting core can be made very stable due to its compactness, whereby there is no restriction of the geometry with regard to the core stability. If the hollow cylindrical bearing receptacles or housing heads are present, then in addition to the casting core for the central area, a cast core may still be required for each bearing receptacle.
  • FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the four-point link according to the invention.
  • FIGS. 1 and 3 shows a cross section through the central region of the four-point link according to FIGS. 1 and
  • Fig. 4 is a partial side view of a vehicle with the four-point link of FIG. 1 in the installed state.
  • FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the four-point link 1 according to the invention can be seen, which has four link arms 2, 3, 4 and 5, which are arranged in a cross shape and firmly connected together in a central region 6 of the cross.
  • the four-point link 1 is formed as a one-piece casting so that the link arms 2, 3, 4 and 5 in the central region 6 in particular merge material into each other.
  • the handlebars arms 2, 3, 4 and 5 at their end remote from the central region 6 each have a hollow cylindrical bearing receptacle 7, 8, 9 and 10, wherein each of the bearing mounts 7, 8, 9 and 10 with the respectively associated link arm 2, 3, 4 and 5 respectively is integrally formed.
  • the bearing receivers 7, 8, 9 and 10 are in particular part of the one-piece casting.
  • a molecular joint 12 is used for mounting the four-point link 1 in a vehicle 11 (see FIG. 4).
  • the link arms 2, 3, 4 and 5 each have an H-profile 13, which is apparent from Fig. 2, which shows a cross section of the link arm 5 along the section line 14 of FIG.
  • Each H-profile 13 has two mutually parallel legs 15 and 16, which are interconnected centrally by means of a web 17.
  • the legs 15 and 16 and the web 17 define two recesses 18 and 19 which are open on opposite sides perpendicular (or transversely) to the crossing plane 20.
  • the crossing plane 20 forms a median plane of the four-point link 1 and intersects the four-point link 1 in the lines 21 shown in FIG. 1.
  • the crossing plane 20 extends through the webs 17 of the H-profiles 13.
  • each H-profile 13 holes 24 are provided, which serve for the drainage of water and dirt (see Fig. 1).
  • the thicknesses 22 and 23 of the two legs 15 and 16 of the H-profile 13 are different. Also, the heights differ 40 and 41 of the two legs 15 and 16 of the H-profile 13.
  • the width of the H-section 13 and the handlebar is designated by the reference numeral 42.
  • FIG. 3 is a sectional view of the central portion 6 along the section line 25 of FIG. 1 can be seen, which has two H-profiles 26, each comprising two mutually parallel legs 27 and 28 and a web 29, the two legs 27 and 28 of the respective H-profile 26 connects together in the middle.
  • Each of the H-profiles 26 has two recesses 30 and 31 bounded by the respective legs 27 and 28 and by the respective web 29, which are open on opposite sides perpendicular (or transversely) to the crossing plane 20.
  • the webs 29 of the H-profiles 26 lie on the cross-plane 20.
  • the two mutually joined legs 28 of the two H-profiles 26 are connected to form a tubular profile 32 extending in the longitudinal direction 33 (see FIG 1) of the four-point link 1 extends and a continuous hollow space 34 which is open on both sides in the longitudinal direction 33.
  • the H-profiles 13 of the control arms 2 and 4 go into one of the H-profiles 26 of the central region 6, and the two H-profiles of the control arms 3 and 5 merge into the other H-profile 26 of the central region 6.
  • Fig. 4 is a partial side view of the vehicle 11 with a vehicle frame 35 can be seen, on which the link arms 2 and 3 are articulated by means of two of the molecular joints 12. Further, the link arms 4 and 5 are articulated by means of two other of the molecular joints 12 on a trained as a rigid axle vehicle axle 36.
  • the dashed line 37 represents both the crossing plane 20 and the longitudinal direction 33. Although in FIG. 4, the line 37 also extends in the vehicle longitudinal direction, during compression or rebound of the vehicle axle 36 relative to the vehicle frame 35, the crossing plane 20 and the longitudinal direction 33 but tend towards the vehicle longitudinal direction.
  • the vehicle axle 36 is further articulated by means of two trailing arms 38 on the vehicle frame 35 or on brackets 39 which are fixedly connected to the vehicle frame 35, wherein from Fig. 4, only one of the trailing arm 38 and one of the carrier 39 can be seen.

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Abstract

Vierpunktlenker zur Aufhängung einer Fahrzeugachse (36) an einem Fahrzeugrahmen (35) eines Fahrzeugs (11), mit vier in einem Zentralbereich (6) fest miteinander verbundenen und sich von dem Zentralbereich (6) unter Ausbildung eines Kreuzes wegerstreckenden Lenkerarmen (2, 3, 4, 5), von denen zwei erste Lenkerarme (2, 3) an dem Fahrzeugrahmen (35) und zwei zweite Lenkerarme (4, 5) an der Fahrzeugachse (36) anlenkbar sind, wobei die Lenkerarme (2, 3, 4, 5) jeweils ein quer oder vertikal zur Kreuzebene (20) offenes H-Profil (13) aufweisen.

Description

Vierpunktlenker
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Vierpunktlenker zur Aufhängung einer Fahrzeugachse an einem Fahrzeugrahmen eines Fahrzeugs, mit vier in einem Zentralbereich fest miteinander verbundenen und sich von dem Zentralbereich unter Ausbildung eines Kreuzes wegerstreckenden Lenkerarmen, von denen zwei erste Lenkerarme an dem Fahrzeugrahmen und zwei zweite Lenkerarme an der Fahrzeugachse anlenkbar sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Vierpunktlenker.
Aus der EP 0 776 275 Bl ist eine Achsaufhängung für Starrachsen in Fahrzeugen bekannt, wobei die Fahrzeugachse durch Längslenker und einen Vierpunktlenker mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. An den Armenden des als X-förmiges Kreuz ausgebildeten Vierpunktlenkers sind Gelenke für die Befestigung an der Karosserie und Gelenke für die Befestigung an der Fahrzeugachse angeordnet. Das Querschnittsprofil der Arme kann doppel- T-förmig sein oder aus einem Hohlprofil bestehen.
Die DE 100 50 772 Al offenbart eine Achsaufhängung für Starrachsen in Fahrzeugen, bestehend aus zwei die Starrachse mit dem Fahrzeugaufbau verbindenden Längslenkern und aus einem Vierpunktlenker, der einerseits gelenkig mit der Starrachse und andererseits gelenkig mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Der Vierpunktlenker besteht aus einem sich parallel zur Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden hohlen Bauteil, an dessen Enden je zwei symmetrisch zur Längsachse des Bauteils angeordnete und fest mit ihm verbundene Gelenkarme vorgesehen sind.
Die DE 10 2004 014 610 Al beschreibt einen eine X-förmige Gestalt aufweisenden Vierpunktlenker zur Achsaufhängung einer Starrachse eines Nutzfahrzeugs, mit einem zentralen, hohlen Gehäusebereich und vier an dem Gehäusebereich angeformten Lenkerarmen, an deren äußeren Enden mit Kugelgelenken bzw. Elastomergelenken versehene Lageraugen angeformt sind. Das Hohlgehäuse des Vierpunktlenkers weist eine beidseitig offene, rohrförmige Gestalt auf und ist an allen vier Seiten tailliert. Ferner weisen die Lenkerarme einen U-förmigen bzw. C-förmigen Querschnitt auf und gehen fließend in den zentralen, rohrförmigen Gehäusebereich über. Das Hohlgehäuse ist als Blechformteil oder als Gussteil ausbildbar, wobei der Vierpunktlenker z.B. aus bainitischem Gusseisen besteht.
In der Praxis haben sich bisher aus fertigungstechnischen Gründen, aus Kostengründen, aus Festigkeitsgründen und aus Gewichtsgründen zwei Formen als besonders effizient erwiesen. Dies ist zum einen die X-Form, welche bisher vornehmlich durch das Schmiedeverfahren hergestellt wird. Als Armquerschnitt ergibt sich dabei aus Fertigungsgründen ein massiver Rechteckquerschnitt, der sich verhältnismäßig einfach auf die geforderten Kennungs- und Festigkeitseigenschaften einstellen lässt. Nachteilig für eine wirtschaftlichere Fertigung, zum Beispiel durch Gießen, einer hohlen Geometrie nach der EP 0 776 275 Bl ist deren vollständige Geschlossenheit. Dadurch ist eine prozesssichere Stützung des holraumbildenden Kerns nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Ungleichmäßig dicke Wandstärken und damit negative Festigkeitseigenschaften durch Aufschwimmen des Kerns während des Gießens können die Folge sein. Nachteilig für die bisher im Schmiedeverfahren hergestellte X-Geometrie ist deren durch das Fertigungsverfahren vorgegebener Rechteckquerschnitt, der ein hohes Bauteilgewicht und damit hohe Kosten verursacht. Bei einem torsionsweichen Schmiedevierpunktlenker werden die Arme in der Regel sehr flach ausgeführt. Dadurch kann sich das Problem ergeben, das die Gehäuseköpfe beim Schmiedevorgang nicht vollständig gefüllt werden. Eine X-Geometrie mit doppel-T förmigen Armquerschnitt erfordert für das Gießen mehrere Kerne, die das Bauteil verteuern. Zudem ist das Doppel-T-Profil ungünstig für Seitenbelastungen.
Zum anderen hat sich die beidseitig offene Gusskonstruktion gemäß der DE 10 2004 014 610 Al bewährt. Diese Form zeichnet sich durch ein kostengünstiges und leichtes Rohteil sowie durch die hohle Bauweise aus und bietet somit einige Vorteile zum Schmiedevierpunktlenker. Die Bauweise stößt jedoch bei weichen Torsionskennungen an ihre Grenzen. Um die Kennung weicher auszubilden, werden z.B. entweder die Wanddicke oder die Kernhöhe verringert. Beide Maßnahmen haben aber fertigungstechnische Schranken. Die Wanddicke sollte ein Mindestmaß haben, damit das Bauteil gegossen werden kann, und der Kern sollte eine Mindesthöhe haben, sodass er durch den Auftrieb des flüssigen Gusseisens nicht bricht. Somit ist diese Form für den Anwendungsfall einer torsionsweichen Kennung weniger geeignet. Eine Verringerung der Torsionskennung durch ein schmaleres Bauteil ist aus Gründen der Betriebsfestigkeit nur in sehr geringem Maße möglich.
Bei dem Vierpunktlenker gemäß der DE 100 50 772 Al, welcher im Wesentlichen aus einem Rohr mit kleinen Armen zur Anbindung besteht, wird die Torsionskennung fast ausschließlich durch das Rohr bestimmt. Die Nachteile dieser Konstruktion liegen zum einen in der Fertigungstechnik. Die Geometrie des Vierpunktlenkers ist durch das Rohrprofil in der Regel nicht schmiedbar. Auch ist der Vierpunktlenker für eine Fertigung durch Gießen nur begrenzt geeignet, weil der Innendurchmesser wegen der notwendigen Stabilität des langen Gusskerns ein Minimum nicht unterschreiten darf. Da die Arme als Rechteckprofil ausgebildet sind, besteht die Gefahr von Lunkerbildung, falls sie nicht sehr dünn ausgeführt werden. Zum anderen ist diese Geometrie nicht belastungsgerecht. Das Rohrprofil in der Mitte muss bei weicher Torsionskennung sehr dünn oder von kleinem Querschnitt sein und bietet somit nur geringen Widerstand gegen Seitenlast. Auch die Arme bieten als dünnes Rechteckprofil der Seitenlast nur wenig Widerstand. Zudem weist der Lenker am Übergang der Arme zum Rohr einen Steifigkeitssprung auf, welcher ungünstig für die Betriebsfestigkeit ist. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Vierpunktlenker zu schaffen, der torsionsweich ist und gleichzeitig hohe Seitenlasten aufnehmen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Vierpunktlenker nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unter ansprüchen gegeben.
Der erfindungsgemäße Vierpunktlenker zur Aufhängung einer Fahrzeugachse an einem Fahrzeugrahmen eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzkraftfahrzeugs, weist vier in einem Zentralbereich fest miteinander verbundene und sich von dem Zentralbereich unter Ausbildung eines Kreuzes wegerstreckende Lenkerarme auf, von denen zwei erste Lenkerarme an dem Fahrzeugrahmen und zwei zweite Lenkerarme an der Fahrzeugachse anlenkbar sind, wobei die Lenkerarme jeweils ein quer oder vertikal zur Kreuzebene offenes H-Profil aufweisen.
Jedes der H-Profile wird bevorzugt von zwei Schenkeln und einem sich zwischen den Schenkeln erstreckenden Steg gebildet, wobei die Schenkel und der Steg zwei durch den Steg voneinander getrennte Ausnehmungen begrenzen, die zu einander entgegengesetzten Seiten offen sind. Insbesondere sind die Ausnehmungen dabei lediglich einseitig offen. Der Ausdruck, „quer oder vertikal zur Kreuzebene offenes H-Profil", ist somit insbesondere derart zu verstehen, dass die Ausnehmungen jedes der H-Profile quer oder vertikal zur Kreuzebene offen sind. Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Doppel-T-Profil hingegen sind die Ausnehmungen quer bzw. senkrecht zur Kreuzebene durch die Schenkel des Doppel-T-Profils begrenzt und somit geschlossen. Die beiden Schenkel jedes H-Profils sind bevorzugt parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet. Ferner verläuft der Steg jedes H-Profils insbesondere quer oder senkrecht zu den jeweiligen Schenkeln.
Dadurch, dass die Lenkerarme ein quer oder vertikal zur Kreuzebene offenes H-Profil aufweisen, ist der Vierpunktlenker zum einen torsionsweich und kann zum anderen hohe Seitenlasten aufnehmen. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Vierpunktlenker höhere Seitenlasten aufnehmen, als wenn seine Arme ein Doppel-T-Profil gemäß der EP 0 776 275 B1 aufwiesen. Ferner bietet das quer oder vertikal zur Kreuzebene offene H- Profil fertigungstechnische Vorteile, da es im Gegensatz zum Doppel-T-Profil gemäß der EP 0 776 275 Bl oder auch zu dem aus der DE 10 2004 014 610 Al bekannten C-Profil ohne Kern gegossen werden kann. Der Ausdruck „quer" steht bevorzugt für „senkrecht", für „im Wesentlichen senkrecht" oder für „schräg". Somit bedeutet der Ausdruck „quer zur Kreuzebene" z.B. „senkrecht zur Kreuzebene", „im Wesentlichen senkrecht zur Kreuzebene" oder „schräg zur Kreuzebene".
Bevorzugt gehen die Lenkerarme in dem Zentralbereich ineinander über, wobei dieser Übergang insbesondere materialhomogen erfolgt. Ferner kann der Vierpunktlenker ein Kreuz oder X-förmiges Kreuz bilden bzw. eine X-förmige Gestalt aufweisen.
Die Kreuzebene bildet bevorzugt eine Mittelebene des Vierpunktlenkers. Insbesondere liegen die Lenkerarme, und bevorzugt auch der Zentralbereich, in der Kreuzebene des Vierpunktlenkers. Somit kann der Ausdruck „quer oder vertikal zur Kreuzebene offenes H-Profil" insbesondere auch derart interpretiert werden, dass die Stege der H-Profile in der Kreuzebene liegen.
Die Lenkerarme können gerade verlaufen. Bevorzugt sind die Lenkerarme aber gekrümmt, so dass die Ausdrücke „kreuzförmig", „Kreuz", „X-förmiges Kreuz" oder „X-förmige Gestalt" einen solchen gekrümmten Verlauf der Lenkerarme einschließen. Die Lenkerarme sind insbesondere in der Kreuzebene gekrümmt.
Die H-Profile der Lenkerarme können sich mit zunehmendem Abstand zum Zentralbereich verjüngen. Insbesondere nimmt die Höhe der Schenkel der H-Profile der Lenkerarme und/oder die Breite der Stege der H-Profile der Lenkerarme und/oder die Breite der H-Profile der Lenkerarme mit zunehmendem Abstand zum Zentralbereich ab.
Gemäß einer Weiterbildung weist der Zentralbereich ein Rohrprofil auf. Insbesondere weist der Zentralbereich zwei, jeweils quer oder vertikal zur Kreuzebene offene H-Profile auf, die unter Ausbildung des Rohrprofils miteinander verbunden sind bzw. ineinander übergehen. Jedes der H-Profile des Zentralbereichs wird bevorzugt von zwei Schenkeln und einem sich zwischen den Schenkeln erstreckenden Steg gebildet, wobei die Schenkel und der Steg zwei durch den Steg voneinander getrennte Ausnehmungen begrenzen, die zu einander entgegengesetzten Seiten offen sind. Insbesondere sind die Ausnehmungen dabei lediglich einseitig offen. Der Ausdruck, „quer oder vertikal zur Kreuzebene offene H-Profile", ist somit insbesondere derart zu verstehen, dass die Ausnehmungen jedes der H-Profile des Zentralbereichs quer oder vertikal zur Kreuzebene offen sind. Bevorzugt kann dieser Ausdruck auch derart interpretiert werden, dass die Stege der H-Profile des Zentralbereichs in der Kreuzebene liegen. Die beiden Schenkel jedes H-Profils des Zentralbereichs sind bevorzugt parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet. Ferner verläuft der Steg jedes H-Profils des Zentralbereichs insbesondere quer oder senkrecht zu den jeweiligen Schenkeln.
Bevorzugt sind die einander zugewanden Schenkel der H-Profile des Zentralbereichs unter Ausbildung des Rohrprofils miteinander verbunden, das insbesondere zwischen den Stegen der beiden H-Profile des Zentralbereichs angeordnet ist. Dabei gehen die H-Profile der Lenkerarme bevorzugt in die H-Profile des Zentralbereichs über. Das Rohrprofil ist bevorzugt O-förmig ausgebildet. Insbesondere können die beiden einander zugewandten Schenkel der H-Profile des Zentralbereichs aufeinander zu gekrümmt sein, um das Rohrprofil zu bilden.
Das Rohrprofil ist insbesondere beidseitig offen. Ferner erstreckt sich das Rohrprofil bevorzugt in einer Längsrichtung des Kreuzes bzw. des Vierpunktlenkers, die insbesondere mittig zwischen den beiden ersten Lenkerarmen und mittig zwischen den beiden zweiten Lenkerarmen verläuft. Insbesondere verläuft die Längsrichtung auch durch den Zentralbereich hindurch.
Bevorzugt weisen die Lenkerarme an ihren dem Zentralbereich abgewanden Enden jeweils eine Gelenkaufnahme auf, an oder in der ein Gelenk angeordnet ist oder angeordnet werden kann. Dabei können die beiden ersten Lenkerarme mittels der Gelenke an dem Fahrzeugrahmen und die beiden zweiten Lenkerarme mittels der Gelenke an der Fahrzeugachse angelenkt sein. Die Lageraufnahmen sind bevorzugt hohlzylindrisch ausgebildet. Ferner sind die Gelenke insbesondere als Kugelgelenke und/oder als Molekulargelenke ausgebildet.
Der Vierpunktlenker besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Eisen oder aus einer Eisenlegierung. Ferner kann der Vierpunktlenker als Schmiedeteil oder als Gussteil hergestellt sein. Bevorzugt ist der Vierpunktlenker ein Gussteil und besteht insbesondere aus einem Gusswerkstoff, der auf Eisen mit Kugelgraphit basiert. Ein solcher Gusswerkstoff kann nach dem Gießen einer Wärmebehandlung unterzogen werden, so dass der Vierpunktlenker zum Beispiel aus einem ADI-Gusswerkstoff (ADI = engl.: Austempered Ductile Iron) besteht.
Insbesondere bildet der erfindungsgemäße Vierpunktlenker ein verwindbares Kreuz, mittels welchem, zusätzlich zur Aufhängung der Fahrzeugachse an dem Fahrzeugrahmen, auch die Funktion eines Wankstabilisators erzielt werden kann. Bevorzugt bildet der Vierpunktlenker dafür ein reversibel und/oder federelastisch verwindbares Kreuz.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, insbesondere Nutzkraftfahrzeug, mit wenigstens einer Fahrzeugachse, einem Fahrzeugrahmen und einem oder wenigstens einem erfindungsgemäßen Vierpunktlenker, wobei die beiden ersten Lenkerarme an dem Fahrzeugrahmen und die beiden zweiten Lenkerarme an der Fahrzeugachse angelenkt sind. Dabei kann der Vierpunktlenker gemäß allen genannten Ausgestaltungen weitergebildet sein. Insbesondere sind die beiden ersten Lenkerarme und die beiden zweiten Lenkerarme mittels der Gelenke an dem Fahrzeugrahmen bzw. an der Fahrzeugachse angelenkt. Ferner handelt es sich bei der Fahrzeugachse bevorzugt um eine Starrachse.
Die erfindungsgemäße Vierpunktlenkergeometrie ist speziell für weiche Torsionskennungen ausgelegt. Die Verformung wird durch die torsionsweichen Arme, durch die spezielle Geometrie in der Mitte des Lenkers und durch die Molekulargelenke aufgenommen, wobei der Anteil der Molekulargelenke bevorzugt gering ist. Wegen der weichen Kennung wirken ein geringes Torsionsmoment und somit niedrige Vertikallasten auf den Vierpunktlenker. Dennoch können verhältnismäßig hohe Seitenlasten an den Vierpunktlenker angreifen. Insbesondere ist das Flächenträgheitsmoment des für die Lenkerarme verwendeten H-Profils geeigneter als das Doppel-T-Profil gemäß der EP 0 776 275 Bl.
Die Lenkerarme des Vierpunktlenkers laufen in einem Kreuz zusammen. Für den Zentralbereich des Kreuzes bzw. des Vierpunktlenkers ist eine Geometrie vorteilhaft, die aus einer Kombination von H-Profilen und einem Rohrprofil gebildet ist. Insbesondere ist bei dieser Geometrie bereits berücksichtigt, das Materialanhäufungen vermieden und bestimmte Wandstärken eingehalten werden können, sodass ein Ausbilden von Lunkern im Vierpunktlenker vermeidbar ist und eine anschließende Wärmebehandlung des Vierpunktlenkers dessen gesamten Querschnitt beeinflusst.
Der erfindungsgemäße Vierpunktlenker ist im Zentralbereich hoch belastbar. Diese Belastungen ergeben sich zum einen aus der Torsion, welche durch das Rohrprofil optimal aufgenommen werden kann, und zum anderen aus der Seitenlast, welche zusätzlich durch die seitlichen Stege der H-Profile des Zentralbereichs aufnehmbar ist. Diese Vorteile sind zum Beispiel bei einem Vierpunktlenker nach der DE 100 50 772 Al nicht vorhanden. Bei dem erfindungsgemäßen Vierpunktlenker ist bevorzugt ein homogener Übergang der Lenkerarme zu dem Zentralbereich gegeben, was die Betriebsfestigkeit des erfindungsgemäßen Vierpunktlenkers positiv beeinflusst.
Der Gusskern für den Zentralbereich des erfindungsgemäßen Vierpunktlenkers ist durch seinen relativ großen Querschnitt und seine vergleichsweise kurze Länge sehr stabil, was bei einem Gusskern für einen Gusslenker gemäß der DE 10 2004 014 610 Al nicht mehr der Fall ist, wenn dieser Gusslenker torsionsweich und somit flach ausgeführt wird.
Der erfindungsgemäße Vierpunktlenker bietet insbesondere die folgenden Vorteile:
Seine Geometrie ist speziell für einen Vierpunktlenker mit einer torsionsweichen
Kennung geeignet.
Durch das H-Profil der Lenkerarme, sind diese ohne Kerne gießbar. Das H-Profil ist torsionsweich aber stabil gegen Seitenlast und somit optimal für den vorgesehenen
Anwendungsfall. Die Kombination aus H-Profil und Rohrprofil bzw. Rohrquerschnitt im Zentralbereich des Vierpunktlenkers ermöglicht gleich bleibende und fertigungsentsprechende Wandstärken sowie eine belastungsgerechte Geometrie ohne Steifigkeitssprünge. Ein Gusskern muss lediglich in der Mitte für den Zentralbereich eingesetzt werden. Der Gusskern kann durch seine Kompaktheit sehr stabil ausgeführt sein, wodurch keine Beschränkung der Geometrie hinsichtlich der Kernstabilität besteht. Sind die hohlzylindrischen Lageraufnahmen bzw. Gehäuseköpfe vorhanden, so kann zusätzlich zu dem Gusskern für den Zentralbereich noch für jede Lageraufnahme ein Gusskern erforderlich sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vierpunktlenkers,
Fig. 2: einen Querschnitt durch einen der Lenker arme des Vierpunktlenkers nach Fig. 1,
Fig. 3: einen Querschnitt durch den Zentralbereich des Vierpunktlenkers nach Fig. 1 und
Fig. 4: eine teilweise Seitenansicht eines Fahrzeugs mit dem Vierpunktlenker nach Fig. 1 im eingebauten Zustand.
Aus Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vierpunktlenkers 1 ersichtlich, der vier Lenkerarme 2, 3, 4 und 5 aufweist, die kreuzförmig angeordnet und in einem Zentralbereich 6 des Kreuzes fest miteinander verbunden sind. Der Vierpunktlenker 1 ist als einstückiges Gussteil ausgebildet, sodass die Lenkerarme 2, 3, 4 und 5 im Zentralbereich 6 insbesondere materialhomogen ineinander übergehen. Ferner weisen die Lenker arme 2, 3, 4 und 5 an ihren dem Zentralbereich 6 abgewanden Enden jeweils eine hohlzylindrische Lageraufnahme 7, 8, 9 und 10 auf, wobei jede der Lageraufnahmen 7, 8, 9 und 10 mit dem jeweils zugehörigen Lenkerarm 2, 3, 4 bzw. 5 einstückig ausgebildet ist. Die Lageraufnahmen 7, 8, 9 und 10 sind insbesondere Teil des einstückigen Gussteils. In die Lageraufnahmen 7, 8, 9 und 10 wird zur Montage des Vierpunktlenkers 1 in ein Fahrzeug 11 jeweils ein Molekulargelenk 12 eingesetzt (siehe Fig. 4).
Die Lenkerarme 2, 3, 4 und 5 weisen jeweils ein H-Profil 13 auf, was aus Fig. 2 ersichtlich ist, die einen Querschnitt des Lenkerarms 5 entlang der Schnittlinie 14 aus Fig. 1 zeigt. Jedes H-Profil 13 weist zwei zueinander parallele Schenkel 15 und 16 auf, die mittig mittels eines Stegs 17 miteinander verbunden sind. Die Schenkel 15 und 16 sowie der Steg 17 begrenzen zwei Ausnehmungen 18 und 19, die auf einander gegenüberliegenden Seiten senkrecht (bzw. quer) zur Kreuzebene 20 offen sind. Die Kreuzebene 20 bildet dabei eine Mittelebene des Vierpunktlenkers 1 und schneidet den Vierpunktlenker 1 in den aus Fig. 1 gezeigten Linien 21. Insbesondere verläuft die Kreuzebene 20 durch die Stege 17 der H-Profile 13. Ferner sind in den Stegen 17 jedes H-Profils 13 Löcher 24 vorgesehen, die zum Abfließen von Wasser und Schmutz dienen (siehe Fig. 1).
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Dicken 22 und 23 der beiden Schenkel 15 und 16 des H- Profils 13 unterschiedlich. Auch unterscheiden sich die Höhen 40 und 41 der beiden Schenkel 15 und 16 des H-Profils 13. Die Breite des H-Profils 13 bzw. des Lenkerarms ist mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet.
Aus Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Zentralbereichs 6 entlang der Schnittlinie 25 aus Fig. 1 ersichtlich, der zwei H-Profile 26 aufweist, die jeweils zwei zueinander parallele Schenkel 27 und 28 und einen Steg 29 umfassen, der die beiden Schenkel 27 und 28 des jeweiligen H- Profils 26 mittig miteinander verbindet. Jedes der H-Profile 26 weist zwei durch die jeweiligen Schenkel 27 und 28 und durch den jeweiligen Steg 29 begrenzte Ausnehmungen 30 und 31 auf, die auf einander gegenüberliegenden Seiten senkrecht (bzw. quer) zur Kreuzebene 20 offen sind. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, liegen die Stege 29 der H-Profile 26 auf der Kreuzebene 20. Die beiden einander zugewanden Schenkel 28 der beiden H-Profile 26 sind unter Ausbildung eines Rohrprofils 32 miteinander verbunden, das sich in Längsrichtung 33 (siehe Fig. 1) des Vierpunktlenkers 1 erstreckt und einen durchgehenden Holraum 34 aufweist, der in Längsrichtung 33 beidseitig offen ist. Die H-Profile 13 der Lenkerarme 2 und 4 gehen dabei in eines der H-Profile 26 des Zentralbereichs 6 über, und die beiden H-Profile der Lenkerarme 3 und 5 gehen in das andere H-Profil 26 des Zentralbereichs 6 über.
Aus Fig. 4 ist eine teilweise Seitenansicht des Fahrzeugs 11 mit einem Fahrzeugrahmen 35 ersichtlich, an dem die Lenkerarme 2 und 3 mittels zwei der Molekulargelenke 12 angelenkt sind. Ferner sind die Lenkerarme 4 und 5 mittels zwei anderer der Molekulargelenke 12 an einer als Starrachse ausgebildeten Fahrzeugachse 36 angelenkt. Die gestrichelt dargestellte Linie 37 repräsentiert dabei sowohl die Kreuzebene 20 als auch die Längsrichtung 33. Zwar verläuft in Fig. 4 die Linie 37 auch in Fahrzeuglängsrichtung, beim Ein- oder Ausfedern der Fahrzeugachse 36 relativ zum Fahrzeugrahmen 35 können sich die Kreuzebene 20 und die Längsrichtung 33 aber gegenüber der Fahrzeuglängsrichtung neigen.
Die Fahrzeugachse 36 ist ferner mittels zweier Längslenker 38 am Fahrzeugrahmen 35 bzw. an Trägern 39 angelenkt, die fest mit dem Fahrzeugrahmen 35 verbundenen sind, wobei aus Fig. 4 nur einer der Längslenker 38 und einer der Träger 39 ersichtlich ist.
Bezugszeichenliste
1 Vierpunktlenker
2 Lenkerarm
3 Lenkerarm
4 Lenkerarm
5 Lenkerarm
6 Zentralbereich
7 Lageraufnahme
8 Lageraufnahme
9 Lageraufnahme
10 Lageraufnahme
11 Fahrzeug
12 Molekulargelenk
13 H-Pr ofil
14 Schnittlinie
15 Schenkel
16 Schenkel
17 Steg
18 Ausnehmung
19 Ausnehmung
20 Kreuzebene
21 Linie
22 Dicke
23 Dicke
24 Loch
25 Schnittlinie
26 H-Pr ofil
27 Schenkel
28 Schenkel Steg Ausnehmung Ausnehmung Rohrprofil Längsrichtung Hohlraum Fahrzeugrahmen Fahrzeugachse Linie Längslenker Träger Höhe Höhe Breite

Claims

VierpunktlenkerPatentansprüche
1. Vierpunktlenker zur Aufhängung einer Fahrzeugachse (36) an einem Fahrzeugrahmen (35) eines Fahrzeugs (11), mit vier in einem Zentralbereich (6) fest miteinander verbundenen und sich von dem Zentralbereich (6) unter Ausbildung eines Kreuzes wegerstreckenden Lenkerarmen (2, 3, 4, 5), von denen zwei erste Lenkerarme (2, 3) an dem Fahrzeugrahmen (35) und zwei zweite Lenkerarme (4, 5) an der Fahrzeugachse (36) anlenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkerarme (2, 3, 4, 5) jeweils ein quer oder vertikal zur Kreuzebene (20) offenes H-Profil (13) aufweisen.
2. Vierpunktlenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzebene (20) eine Mittelebene des Vierpunktlenkers (l) bildet.
3. Vierpunktlenker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkerarme (2, 3, 4, 5) in dem Zentralbereich (6) materialhomogen ineinander übergehen.
4. Vierpunktlenker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralbereich (6) ein Rohrprofil (32) aufweist.
5. Vierpunktlenker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralbereich (6) zwei, jeweils quer oder vertikal zur Kreuzebene (20) offene H-Profile (26) aufweist, deren einander zugewandte Schenkel (28) unter Ausbildung des Rohrprofils (32) miteinander verbunden sind.
6. Vierpunktlenker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die H-Profile (13) der Lenkerarme (2, 3, 4, 5) in die H-Profile (26) des Zentralbereichs (6) übergehen.
7. Vierpunktlenker nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrprofil (32) beidseitig offen ist.
8. Vierpunktlenker nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Rohrprofil (32) in einer Längsrichtung (33) des Kreuzes erstreckt, die mittig zwischen den beiden ersten Lenkerarmen (2, 3), durch den Zentralbereich (6) hindurch und mittig zwischen den beiden zweiten Lenkerarmen (4, 5) verläuft.
9. Vierpunktlenker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkerarme (2, 3, 4, 5) an ihren dem Zentralbereich (6) abgewandten Enden jeweils eine hohlzylindrische Gelenkaufnahme (7, 8, 9, 10) aufweisen.
10. Vierpunktlenker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der H-Profile (13; 26) von zwei Schenkeln (15, 16; 27, 28) und einem sich zwischen den Schenkeln (15, 16; 27, 28) erstreckenden Steg (17; 29) gebildet ist, der in der Kreuzebene (20) liegt.
11. Fahrzeug mit wenigstens einer Fahrzeugachse (36), einem Fahrzeugrahmen (35) und wenigstens einem Vierpunktlenker (l) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die beiden ersten Lenkerarme (2, 3) mittels jeweils eines Gelenks (12) an dem Fahrzeugrahmen (35) und die beiden zweiten Lenkerarme (3, 4) mittels jeweils eines Gelenks (12) an der Fahrzeugachse (36) angelenkt sind.
12. Fahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenke (12) Molekulargelenke sind.
13. Fahrzeug nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugachse (36) eine Starr achse ist.
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