DE102006056421A1

DE102006056421A1 - Verbundlenkerachse

Info

Publication number: DE102006056421A1
Application number: DE200610056421
Authority: DE
Inventors: Johannes Böke; Christian Howe; Wilfried Rostek; Bernd Wohletz; Peter Winkelmann
Original assignee: SGL Carbon SE; Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-05-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse für Kraftfahrzeuge, welche zwei seitliche Längslenker (2, 3) aufweist, die durch einen Querträger (4) verbunden sind. Der Querträger (4) ist durch zumindest drei rohrförmige Längsprofile (5, 6, 7) gebildet. Die Längsprofile (5, 6, 7) erstrecken sich zwischen den Längslenkern (2, 3) und greifen mit ihren längslenkerseitigen Enden (8, 9, 10) in Aufnahmen (11, 12) an den Längslenkern (2, 3) ein. Vorzugsweise besitzen die Längsprofile (5, 6, 7) über ihre Länge einen konstanten Querschnitt. Die Bildung des Querträgers (4) aus einzelnen Längsprofilen (5, 6, 7) ermöglicht eine weitreichende Flexibilität hinsichtlich der Kombination von Torsions- und Biegesteifigkeit sowie Schwingfestigkeit der Verbundlenkerachse (1) durch die Veränderung der Profilquerschnitte, die Materialwahl, die Anzahl der einzelnen Längsprofile (5, 6, 7) und die Positionierung der Längsprofile (5, 6, 7) zueinander.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse für Kraftfahrzeuge mit zwei seitlichen Längslenkern, die durch einen Querträger verbunden sind.
Verbundlenkerachsen kombinieren die Vorteile eines einfachen Aufbaus bei geringem Raumbedarf und guten kinematischen Eigenschaften. Der die beiden Längslenker verbindende Querträger wirkt als Torsionsstab, so dass sich bei gleichzeitigem Einfedern eine Längslenkercharakteristik und bei wechselseitigem Einfedern eine Schräglenkercharakteristik ergibt.
Es sind diverse Vorschläge bekannt, wie der Querträger einer Verbundlenkerachse ausgestaltet sein soll, um diesen auf der einen Seite biegesteif, auf der anderen Seite aber auch ausreichend torsionsweich zu gestalten. Aus der DE 44 16 725 A1 beispielsweise geht eine Verbundlenkerachse hervor mit zwei radtragenden elastisch am Aufbau angelenkten und starren Längslenkern, die durch einen biegesteifen aber torsionsweichen Querträger miteinander verschweißt sind. Der Querträger besteht über die gesamte Länge aus einem Rohrprofil, das an beiden Enden einen torsionssteifen Querschnitt und im mittleren Bereich einen torsionsweichen U-, V-, L-, X- oder ähnlichen Querschnitt mit mindestens einem doppelwandigen Profilschenkel aufweist.
Die DE 198 05 463 A1 offenbart ebenfalls eine Verbundlenkerachse mit zwei seitlichen Längslenkern, die durch einen Querträger verbunden sind. Zwischen den Längsträgern ist weiterhin ein stabähnlicher Stabilisator angeordnet. Dieser erstreckt sich innerhalb des im wesentlichen V-förmig ausgebildeten Querträgers und ist mit diesem über Stabilisatorelemente gekoppelt.
Bei der Verwendung von Querträgern mit offenen Profilquerschnitten treten die maximalen Bauteilspannungen häufig im Bereich der Anbindungen an die Längslenker oder an mechanisch bearbeiteten Bauteilpositionen auf. Dies kann durch Kerbwirkungseffekte oder Oberflächeneffekte zur Reduzierung der Schwingfestigkeit der Bauteilkomponenten führen. Auch erfordert die Herstellung von Querträgern mit offenem Profilquerschnitt ein oder mehrere Umform- und Beschnittoperationen.
Querträger mit geschlossenen Profilquerschnitten machen je nach Geometrie oft einen mehrstufigen Umformprozess erforderlich, bei dem aus dem geschlossenen Halbzeug die Endgeometrie des Querträgers erzeugt wird. In besonderen Anwendungsfällen sind zudem zusätzliche Oberflächen- oder Wärmebehandlungen notwendig, um die Schwingungsfestigkeitseigenschaften der Querträger zu verbessern.
Bei der Auslegung der Querträger sind sowohl Aspekte der Achskinematik und Bauteilsteifigkeit als auch Aspekte der Betriebsfestigkeit zu berücksichtigen. Das Profil des Querträgers bestimmt durch seine Biege- und Torsionssteifigkeit und durch die Lage seines Schubmitttelpunktes die Achskinematik und die Lage des Momentanpoles für das Wanken. Mithin ist die Konzeption einer Verbundlenkerachse an hohe technische Anforderungen gestellt.
Daneben besteht im Automobilbau zur Steigerung der Produktivität ein generelles Bestreben nach einer möglichst wirtschaftlichen und rationellen Herstel lung der Kraftfahrzeugkomponenten bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität der Produkte. Diesen Anforderungen unterliegen auch Verbundlenkerachsen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbundlenkerachse unter Gewährleistung einer hohen Leistungsfähigkeit flexibler hinsichtlich der Auslegung von Torsions- und Biegesteifigkeit sowie Schwingfestigkeit zu gestalten.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Verbundlenkerachse gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1.
Danach ist der Querträger durch zumindest drei Längsprofile gebildet, welche sich zwischen den Längslenkern erstrecken. Kerngedanke der Erfindung ist die Auflösung des Querträgers in einzelne Profilquerschnitte mit vergleichbar kleineren Dimensionen.
Die einzelnen Längsprofile ermöglichen eine weitreichende Flexibilität hinsichtlich der Kombination von Torsions- und Biegesteifigkeit sowie Schwingfestigkeit durch die Auslegung der Längsprofile, insbesondere deren Querschnittsgeometrie, die Material- bzw. Werkstoffwahl, die Anzahl der einzelnen Längsprofile und die Positionierung der Längsprofile zueinander. Weiterhin ist eine flexiblere Auslegungs- und Berechnungsmöglichkeit durch die einfacheren Geometrien der Querschnitte der Längsprofile gegeben.
Bei der Verwendung von Längsprofilen mit in Längsrichtung kontanter Querschnittsgeometrie kann die Herstellung der Längsprofile durch eine kostengünstige kontinuierliche Fertigung erfolgen. Hier können besonders auch faserverstärkte Werkstoffe eingesetzt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und praktische Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.
Die Längsprofile sind mit ihren längslenkerseitigen Enden in Aufnahmen an den Längslenkern fixiert. Hierzu greifen die Enden der Längsprofile in die Aufnah men ein. Die Fixierung kann mittels geeigneter Passstücke erfolgen, wobei die Passstücke je nach Auslegung der Längslenker als Guss- oder Schweißkonstruktion ausgeführt sein können.
Vorzugsweise sind die Längsprofile rohrförmig ausgeführt. Wie bereits erwähnt, ist eine besonders kostengünstige und rationelle Herstellung der Längsprofile möglich, wenn diese über ihre Länge einen konstanten Querschnitt besitzen. Grundsätzlich können die Längsprofile aber auch über ihre Länge einen variierenden Querschnitt besitzen. Dies eröffnet eine zusätzlich Gestaltungsmöglichkeit bei der Auslegung der Verbundlenkerachse, insbesondere der Einstellung der Roll- bzw. Torsionssteifigkeit des Querträgers.
Bei einer für die Praxis als besonders vorteilhaft angesehenen Ausführungsform sind die Längsprofile auf einem Teilkreis versetzt und mit Abstand zueinander angeordnet. Die Längsprofile können beispielsweise sternförmig oder dreieckförmig angeordnet sein. Gegebenenfalls können die einzelnen Längsprofile durch ein oder mehrere Koppelelemente verbunden sein. Die Koppelelemente dienen zur Aussteifung der Längsprofile und als Schwingungsdämpfer.
Im Rahmen der Erfindung kann zumindest ein Längsprofil aus einem faserverstärkten Werkstoff besteht. Hierbei können Verbundwerkstoffe auf Basis von Glas- oder Kohlenstofffasern zum Einsatz gelangen. Auch Längsprofile aus Aramidfaserwerkstoffen ebenso wie aus Stahlfaserwerkstoffen eröffnen vorteilhafte Konzeptionsmöglichkeiten für die Auslegung des Querträgers bzw. der Längsprofile.
Auch könenn die Längsprofile aus einem Hybridwerkstoff bestehen. Hierbei ist insbesondere an eine Stahl-, Leichtmetall- und/oder Kunststoff-Kombination gedacht.
Die Konfiguration der Torsions- und Biegesteifigkeit sowie der Schwingungsfestigkeit des Querträgers kann des Weiteren durch die Verwendung von Längsprofilen aus voneinander verschiedenen Werkstoffen erfolgen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die beigefügte Zeichnung zeigt technisch teilweise vereinfacht eine erfindungsgemäß Verbundlenkerachse 1 in einer perspektivischen Ansicht.
Die Verbundlenkerachse 1 umfasst im wesentlichen zwei radführende Längslenker 2, 3 und einen die beiden Längslenker 2, 3 verbindenen Querträger 4.
Der Querträger 4 besteht aus drei rohrförmigen runden Längsprofilen 5, 6, 7, welche sich zwischen den Längslenkern 2, 3 erstrecken. Die Längsprofile 5, 6, 7 sind auf einem Teilkreis um 120° versetzt und mit Abstand zueinander angeordnet.
Mit ihren längslenkerseitigen Enden 8, 9, 10 greifen die Längsprofile 5, 6, 7 in Aufnahmen 11, 12 an den Längslenkern 2, 3 ein und sind dort in geeigneter Weise kraft- und/oder formschlüssig fixiert. Hierzu können auch konfigurativ angepasste Passstücke zum Einsatz gelangen, über welche die Enden 8, 9, 10 der Längsprofile 5, 6, 7 in den Aufnahmen 11, 12 der Längslenker 2, 3 angebunden sind.
Man erkennt, dass die Längsprofile 5, 6, 7 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über ihre Länge einen durchgehend konstanten Querschnitt besitzen.
Insbesondere im mittleren Bereich des Querträgers 4 können die Längsprofile 5, 6, 7 durch hier nicht dargestellte Koppelelemente ausgesteift sein.
Die Längsprofile 5, 6, 7 können aus Stahl, Leichtmetall oder einem Faserwerkstoff bestehen. Auch die Kombination von Längsprofilen 5, 6, 7 aus voneinander verschiedenen Werkstoffen ist möglich.
Durch die Auslegung der Längsprofile 5, 6, 7 insbesondere hinsichtlich deren Querschnittskonfiguration, die Werkstoffwahl und/oder -kombination, die Anzahl der einzelnen Längsprofile und die Positionierung der Längsprofile zueinander ist eine sehr große Flexibilität zur Einstellung der Torsions- und Biegesteifigkeit sowie der Schwingfestigkeit des Querträgers 4 und damit der Ver bundlenkerachse 1 möglich. Die Konfiguration der Verbundlenkerachse 1 wird in Abhängigkeit vom auszurüstenden Fahrzeugtyp, insbesondere von dessen Gewicht und Motorisierung und des sich hieraus ergebenden gewünschten Steifigkeitsverhaltens eingestellt.

1: Verbundlenkerachse
2: Längslenker
3: Längslenker
4: Querträger
5: Längsprofil
6: Längsprofil
7: Längsprofil
8: Ende v. 5
9: Ende v. 6
10: Ende v. 7
11: Aufnahme v. 2
12: Aufnahme v. 3

Claims

Verbundlenkerachse für Kraftfahrzeuge, welche zwei durch einen Querträger (4) verbundene Längslenker (2, 3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (4) durch zumindest drei Längsprofile (5, 6, 7) gebildet ist, welche sich zwischen den Längslenkern (2, 3) erstrecken.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (5, 6, 7) mit ihren längslenkerseitigen Enden (8, 9, 10) in Aufnahmen (11, 12) an den Längslenkern (2, 3) eingreifen.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (5, 6, 7) rohrförmig sind.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (5, 6, 7) über ihre Länge einen konstanten Querschnitt besitzen.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile über ihre Länge einen variierenden Querschnitt besitzen.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (5, 6, 7) auf einem Teilkreis versetzt zueinander angeordnet sind.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (5, 6, 7) mit Abstand zueinander angeordnet sind.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile durch Koppelelemente verbunden sind.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Längsprofil (5, 6, 7) aus einem faserverstärkten Werkstoff besteht.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Längsprofile (5, 6, 7) aus voneinander verschiedenen Werkstoffen bestehen.