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Vorliegende Erfindung betrifft ein Lager (auch bezeichnet als Achsträgerlager) zur Verbindung eines Achsträgers mit einer Karosserie eines Fahrzeugs.
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Achsträgerlager nach dem Stand der Technik umfassen üblicherweise ein Innenteil, ein Außenteil und einen elastischen Verbindungsbereich. Der elastische Verbindungsbereich befindet sich zwischen dem Innenteil und dem Außenteil und verbindet die beiden Teile miteinander. Das Innenteil wird üblicherweise mit der Karosserie verbunden. Am Außenteil ist der Achsträger befestigt.
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Bei einer starken Bremsung bzw. einem schnellen Anfahren, kann es zu starken Schwingungen an der Hinterachse kommen. Ferner entstehen solche Schwingungen bei frontgetriebenen Fahrzeugen beim Anfahren an der Vorderachse. Dabei bewegt sich das Rad beim Bremsen und Anfahren entlang der Längsachse und der Querachse. Wenn das Rad den Kontakt zur Fahrbahn verliert, verschwindet die von außen eingebrachte Brems- bzw. Beschleunigungskraft schlagartig und das Rad schwingt zurück, aufgrund der Elastizität bzw. Rückstellkraft in der Achse. Dieser Vorgang wiederholt sich beim starken Bremsen bzw. Anfahren, woraus eine Schwingung, das sogenannte Bremsstempeln bzw. Anfahrstempeln entsteht. Als Konsequenz des Stempelns tritt bei einem elastisch gelagerten Achsträger in der Regel eine Gier-/Taumelbewegung des Achsträgers um die Hochachse des Fahrzeugs auf.
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Durch die Bremskraft bzw. die Antriebskraft bewegt sich außerdem der Achsträger aufgrund der Elastizität in den Lagern entlang der Längsachse. Durch das Bremsmoment kippt der Achsträger zusätzlich um die Querachse. Diese Bewegungen werden in der Regel durch Kissen, wie Anfahr- und Bremspuffer, beschränkt. Im Falle einer Stempelschwingung bewegt sich der Achsträger außerdem entlang der Querachse. So entsteht die Gier-/Taumelbewegung um die Hochachse des Achsträgers.
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Es ist eine Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Lager zur Verbindung eines Achsträgers mit einer Karosserie eines Fahrzeugs anzugeben, wobei das Lager bei einfacher Herstellung einen sicheren und dauerfesten Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht. Insbesondere ist es eine Aufgabe vorliegender Erfindung, mit dem Lager eine Gier-/Taumelbewegung des Achsträgers um die Hochachse zu vermeiden.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche haben bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Lager zur Verbindung eines Achsträgers mit einer Karosserie eines Fahrzeugs. Das Lager kann auch als Achsträgerlager bezeichnet werden. Am Achsträger werden über entsprechende Befestigungspunkte Lenker zur Anbindung eines Radträgers befestigt. Üblicherweise befindet sich rechts und links am Achsträger jeweils ein Radträger mit einem Rad. Der Achsträger kann auch als Fahrschemel oder Hilfsrahmen bezeichnet werden.
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Am Lager sind eine Längsachse, eine Querachse und eine Hochachse definiert. Die Längsachse, die Querachse und die Hochachse stehen jeweils senkrecht zueinander. Im eingebauten Zustand entspricht die Längsachse im Wesentlichen der Fahrzeuglängsachse. Die Querachse entspricht im Wesentlichen der Fahrzeugquerachse. Die Hochachse entspricht im Wesentlichen der Fahrzeughochachse. Die Fahrzeuglängsachse ist parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs definiert. Die Bezeichnung „im Wesentlichen“ beschreibt hier, dass die Lage der Achsen des Lagers geringfügig von den Fahrzeugachsen, vorzugsweise um höchstens 20°, insbesondere um höchstens 15°, abweichen können.
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Das erfindungsgemäße Lager umfasst ein Außenteil und ein Innenteil. Das Innenteil befindet sich zumindest teilweise im Außenteil. Zwischen dem Innenteil und dem Außenteil ist ein elastischer Verbindungsbereich angeordnet. Der Verbindungsbereich verbindet das Außenteil mit dem Innenteil. Der elastische Verbindungsbereich ist beispielsweise aus einem Elastomer gebildet. Der Verbindungsbereich kann auch mehrere einzelne Blöcke oder Abschnitte aus Elastomer umfassen.
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Zur Montage am Achsträger und der Karosserie gibt es zwei Varianten: Entweder wird das Außenteil an der Karosserie und das Innenteil am Achsträger oder das Außenteil am Achsträger das Innenteil an der Karosserie befestigt.
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Der elastische Verbindungsbereich zwischen Außenteil und Innenteil ermöglicht eine Relativbewegung der beiden Teile entlang der Längsachse, der Querachse und der Hochachse. Dabei sind auch die rotatorischen Bewegungen um diese Achsen mit umfasst.
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Erfindungsgemäß umfasst das Lager zumindest eine Formschlussanordnung. Die Formschlussanordnung setzt sich zusammen aus einem ersten Formschlusselement und einem zum ersten komplementären zweiten Formschlusselement. In einer Grundstellung des Lagers sind die beiden Formschlusselemente voneinander beabstandet. Die „Grundstellung“ des Lagers ist definiert durch einen unbelasteten bzw. nicht-verbauten Zustand des Lagers.
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Die beiden Formschlusselemente der Formschlussanordnung sind innerhalb des Lagers so angeordnet, dass sie bei einer entlang der Längsachse gerichteten Relativbewegung zwischen Außenteil und Innenteil aneinander anliegen. Diese Relativbewegung zwischen Außenteil und Innenteil muss dabei nicht ausschließlich entlang der Längsachse erfolgen. Ausreichend für das “aneinander Anliegen“ ist, dass die Relativbewegung eine ausreichend große Komponente entlang der Längsachse aufweist. So umfasst die Definition „entlang der Längsachse gerichtete Relativbewegung“ beispielsweise auch eine rotatorische Bewegung um die Querachse oder Hochachse.
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Die beiden zueinander komplementären Formschlusselemente sind derart ausgebildet, sodass sie im aneinander anliegenden Zustand eine entlang der Querachse gerichtete Relativbewegung zwischen Außenteil und Innenteil formschlüssig blockieren oder minimieren. Es ist zu berücksichtigen, dass durch das Blockieren/Minimieren einer entlang der Querachse gerichteten Relativbewegung auch eine rotatorische Bewegung um die Hochachse oder um die Längsachse blockiert/minimiert wird.
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In erster Linie blockiert der Formschluss die Relativbewegung. Allerdings können die Formschlusselemente auch elastische Materialien enthalten, sodass die Relativbewegung nicht vollständig blockiert, jedoch entscheidend minimiert wird.
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Im aneinander anliegenden Zustand wirken die beiden Formschlusselemente auch formschlüssig bezüglich einer entlang der Längsachse gerichteten Bewegung, wie dies bei herkömmlichen Puffern der Fall ist.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Lagers ist, dass im normalen Betrieb des Fahrzeugs die beiden Formschlusselemente voneinander beabstandet sind. Dabei hat das Lager die herkömmlichen elastischen Eigenschaften, vorgegeben durch die Elastizität des Verbindungsbereichs. Die entsprechende Steifigkeit und somit die guten akustischen Eigenschaften des Lagers bleibt im normalen Betrieb unverändert. Bei entsprechend großer Relativbewegung zwischen Achsträger und Karosserie, kommen die beiden Formschlusselemente in den aneinander anliegenden Zustand und die Steifigkeit des Lagers erhöht sich nicht nur entlang der Längsachse, sondern durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch entlang der Querachse. Dadurch werden die Stempelschwingungen reduziert und eine Schädigung der Bauteile durch die starken Schwingungen wird verhindert. Gleichzeitig wird der mit der Stempelschwingung einhergehende schlechte Komfort für die Passagiere reduziert.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die komplementären Formschlusselemente dazu ausgebildet sind, im aneinander anliegenden Zustand die Relativbewegung in beide Richtungen, also nach links und nach rechts entlang der Querachse zu blockieren. Dies wird durch entsprechend geometrische Ausgestaltung der Formschlusselemente erreicht. Insbesondere sind hierzu die Formschlusselemente bezüglich einer Symmetrieebene symmetrisch ausgestaltet. Die Symmetrieebene ist parallel zur Längsachse und Hochachse.
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In der Grundstellung sind die komplementären Formschlusselemente entlang der Längsachse um einen bestimmten Abstand beabstandet. Dieser Abstand liegt bevorzugt bei zumindest 2 mm, insbesondere bei zumindest 3 mm, besonders vorzugsweise bei zumindest 5 mm. Durch diesen Abstand ist ein ausreichender Bewegungsfreiraum zwischen Außenteil und Innenteil gegeben, sodass lediglich in gewünschten Situationen, insbesondere bei Stempelschwingungen, die Formschlusselemente aneinander anliegen.
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Die komplementären Formschlusselemente weisen im aneinander anliegenden Zustand eine in Querrichtung formschlüssig wirkende Überlappungsfläche auf. Diese Überlappungsfläche ergibt sich bei einer Projektion auf die von der Hochachse und Längsachse aufgespannten Ebene bzw. bei einer Betrachtung entlang der Querachse. Vorzugsweise beträgt die Überlappungsfläche zumindest 10 mm2, insbesondere zumindest 50 mm2, besonders vorzugsweise zumindest 50 mm2.
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Die Positionierung der Formschlussanordnung innerhalb des Lagers, insbesondere entlang der Längsachse vor oder hinter der Mitte des Lagers, bestimmt, in welchen Situationen die komplementären Formschlusselemente zur Anlage aneinander kommen. Dabei ist zu berücksichtigen, ob es sich um ein frontgetriebenes Fahrzeug oder ein heckgetriebene Fahrzeug handelt, ob das Lager vorne oder hinten am jeweiligen Achsträger zum Einsatz kommt und ob sowohl das Bremsstempeln als auch das Anfahrstempeln berücksichtigt werden soll. Je nach Anwendungsfall ist es somit bevorzugt vorgesehen, dass in dem Lager eine Formschlussanordnung oder mehrere Formschlussanordnungen ausgebildet sind. Die eine Formschlussanordnung oder die mehreren Formschlussanordnungen können sich dabei an unterschiedlichen Positionen innerhalb des Lagers befinden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Lagers befindet sich eines der zwei Formschlusselemente am Außenteil und das andere Formschlusselement am Innenteil. Für die geometrische Ausgestaltung der Formschlusselemente gibt es dabei unterschiedlichste Möglichkeiten. Entscheidend ist, dass die Formschlusselemente im aneinander anliegenden Zustand eine entlang der Querachse gerichtete Relativbewegung formschlüssig blockieren oder minimieren. Dementsprechend müssen die Formschlusselemente in ihrer Geometrie so ausgestaltet sein, dass sie eine entlang der Querachse formschlüssig wirkende Überlappungsfläche bilden.
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Es ist bevorzugt vorgesehen, dass in einer zur Hochachse senkrechten Betrachtungsebene das eine Formschlusselement keilförmig und das andere Formschlusselement als V-förmige Nut ausgebildet ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass ein Winkel zwischen den Schenkeln der Keilform im Wesentlichen einem Öffnungswinkel der Nut entspricht. Dadurch liegen beide Schenkel der Keilform gleichzeitig in der Nut an, und die Relativbewegungen in beide Richtungen der Querachse sind gleichzeitig blockiert bzw. minimiert.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in einer zur Hochachse senkrechten Betrachtungsebene ein Formschlusselement konkav und das komplementäre Formschlusselement konvex ausgebildet ist. Vorzugsweise weisen die konvexe und die konkave Form im Wesentlichen den gleichen Radius auf. Dadurch ist es möglich, dass die konvexe Form vollflächig an der konkaven Form anliegt und die Relativbewegungen in beide Richtungen der Querachse gleichzeitig blockiert bzw. minimiert werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung kann zumindest eines der beiden komplementären Formschlusselemente, insbesondere in der konkav/konvexen Ausgestaltung oder in der Ausgestaltung mit Keilform und V-förmiger Nut, als elastisches Kissen ausgebildet werden. Dadurch können die akustischen Eigenschaften der Formschlussanordnung verbessert werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass das elastische Kissen steifer ist als der elastische Verbindungsbereich zwischen Innenteil und Außenteil.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erste Formschlusselement ein entlang der Hochachse ragender Fortsatz ist. Das zweite Formschlusselement ist eine zum Fortsatz komplementäre Aussparung. Bereits in der Grundstellung des Lagers kann der Fortsatz in der Aussparung stecken, wobei jedoch ein entsprechender Abstand zwischen Fortsatz und Aussparung zumindest entlang der Längsachse vorgesehen ist. Bei einer entsprechenden, entlang der Längsachse gerichteten Relativbewegungen zwischen Außenteil und Innenteil kommen die beiden Formschlusselemente, nämlich der Fortsatz und die Aussparung, aneinander zum Anliegen.
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Für die Geometrie des Fortsatzes und der Aussparung kann insbesondere wieder eine konkav/konvexe Ausgestaltung oder eine Ausgestaltung mit Keilform und V-förmiger Gegenfläche gewählt werden. Insbesondere ist der Fortsatz an zumindest einer durch die Längsachse geschnittenen Seite konvex und die gegenüberliegen Seite in der Aussparung konkav. Dies wird zum Beispiel durch einen Fortsatz mit rundem Querschnitt erreicht. In der anderen Variante ist insbesondere vorgesehen, dass zumindest eine durch die Längsachse geschnittene Seite des Fortsatzes keilförmig ist und die gegenüberliegen Seite in der Aussparung V-förmig ist. Die „durch die Längsachse geschnittenen Seiten“ sind die Bereiche des Fortsatzes und der Aussparung, die bei der Relativbewegung entlang der Längsachse zur Anlage kommen.
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Gemäß einer ersten Variante befindet sich das erste Formschlusselement, nämlich der Fortsatz, am Innenteil oder Außenteil. Das zweite Formschlusselement, nämlich die Aussparung, ist im elastischen Verbindungsbereich ausgebildet.
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Gemäß einer zweiten Variante befindet sich eines der beiden Formschlusselemente am Innenteil und das andere Formschlusselement am Außenteil. So sind der Fortsatz am Innenteil und die Aussparung am Außenteil oder der Fortsatz am Außenteil und die Aussparung am Innenteil angeordnet.
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Es ist auch vorgesehen, dass innerhalb eines Lagers unterschiedliche Formschlussanordnungen verwendet werden. So können innerhalb eines Lagers eine Formschlussanordnung in der konvex/konkaven Ausgestaltung und eine andere Formschlussanordnung in der Ausgestaltung mit Keilform und V-förmiger Nut kombiniert werden. Ferner kann auch die Ausgestaltung mit Fortsatz und Aussparung innerhalb eines Lagers mit einer Formschlussanordnung in der konvex/konkaven Ausgestaltung und/oder einer Formschlussanordnung in der Ausgestaltung mit Keilform und V-förmiger Nut kombiniert werden.
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Die Erfindung umfasst ferner ein Fahrzeug, insbesondere ausgebildet als 2-spuriges Kraftfahrzeug, mit einer Karosserie und zumindest einem Achsträger. Zur Verbindung zwischen Karosserie und Achsträger wird zumindest eines der beschriebenen Lager eingesetzt. Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Lagers beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung für das erfindungsgemäße Fahrzeug.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Achsträger mit erfindungsgemäßen Lagern gemäß allen Ausführungsbeispielen,
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2 ein erfindungsgemäßes Lager gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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3 ein erfindungsgemäßes Lager gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
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4 ein erfindungsgemäßes Lager gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Die 2 bis 4 zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Lagers 1. Gleiche bzw. funktionalgleiche Bauteile sind dabei stets mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt für alle Ausführungsbeispiele einen Achsträger 6. An dem Achsträger 6 werden beidseitig über entsprechende Befestigungspunkte 61 Radträger über Lenker befestigt. Über die Lager 1 kann der Achsträger 6 an einer Karosserie 7 (siehe 4) eines Fahrzeugs befestigt werden.
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2 zeigt eine Draufsicht auf das Lager 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Lager 1 umfasst ein Außenteil 2, ein Innenteil 3 und einen Verbindungsbereich 4. Das Außenteil 2 ist zur Verbindung mit dem Achsträger 6 ausgebildet. Das Innenteil 3 ist zur Verbindung mit der Karosserie 7 ausgebildet. Hierzu umfasst das Innenteil 3 einem Befestigungsabschnitt 31. Wie beispielsweise 4 zeigt, wird durch diesen Befestigungsabschnitt 31 eine Schraube gesteckt, um das Lager 1 an der Karosserie 7 zu befestigen.
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Der Verbindungsbereich 5 befindet sich zwischen dem Innenteil 3 und dem Außenteil 2 und verbindet dabei das Innenteil 3 mit dem Außenteil 2. Der Verbindungsbereich 5 umfasst hier zwei gegenüberliegende Elastomerblöcke.
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Entsprechend der Einbaulage des Lagers 1 in einem Fahrzeug, sind am Lager 1 eine Längsachse 11, eine Querachse 12 und eine Hochachse 13 definiert. Diese drei Achsen 11, 12, 13 stehen senkrecht zueinander. Die Längsachse 11 entspricht im Wesentlichen einer Fahrtrichtung 14 des Fahrzeugs.
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Das Lager 1 umfasst ferner eine Formschlussanordnung 5. Die Formschlussanordnung 5 setzt sich zusammen aus einem ersten Formschlusselement 51 und einem zweiten Formschlusselement 52. In 2 befindet sich das erste Formschlusselement 51 am Außenteil 2. Das zweite Formschlusselement 52 befindet sich am Innenteil 3.
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Das erste Formschlusselement 51 ist als V-förmige Nut ausgebildet. Das zweite Formschlusselement 52 ist keilförmig. In der in 2 gezeigt Grundstellung des Lagers 1 sind die beiden Formschlusselemente 51, 52 voneinander beabstandet. Es ist ein entlang der Längsachse 11 definierter Abstand 55 zwischen den beiden Formschlusselementen 51, 52 eingezeichnet.
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Bei einer entsprechenden Relativbewegung zwischen dem Außenteil 2 und dem Innenteil 3 entlang der Längsachse 11, kommen die beiden Formschlusselemente 51, 52 aneinander zum Anliegen. Eine Betrachtung entlang der Querachse 12 bzw. eine Projektion auf die durch Längsachse 11 und Hochachse 13 definierte Ebene zeigt eine Überlappungsfläche 54 der beiden Formschlusselemente 51, 52 im aneinander anliegenden Zustand. In 2 ergibt sich die Überlappungsfläche 54 aus der eingezeichneten Überlappungslänge 53 und der entsprechenden Höhe der beiden Formschlusselemente 51, 52, senkrecht zur Zeichenebene bzw. entlang der Hochachse 13.
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Durch eine ausreichende Überlappungsfläche 54 ergibt sich ein entlang der Querachse 12 wirkender Formschluss und somit ein Blockieren oder Minimieren der entlang der Querachse 12 gerichteten Relativbewegung zwischen Außenteil 2 und Innenteil 3.
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3 zeigt eine Draufsicht auf das Lager 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die ersten beiden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich in der geometrischen Ausgestaltung der beiden Formschlusselemente 51, 52.
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In 3 ist die nach innen weisende Seite des ersten Formschlusselements 51 konkav ausgestaltet. Die gegenüberliegende Seite des zweiten Formschlusselement 52 ist konvex ausgestaltet. Auch bei dieser geometrischen Ausgestaltung ergibt sich im aneinander anliegen Zustand der beiden Formschlusselemente 51, 52 ein entlang der Querachse 12 wirkender Formschluss, entsprechend der Überlappungsfläche 54.
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4 zeigt eine Schnittansicht des Lagers 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Im dritten Ausführungsbeispiel ist das erste Formschlusselement 51 als ein Fortsatz ausgebildet. Das zweite Formschlusselement 52 ist eine Aussparung. Die Aussparung umgibt den Fortsatz vollumfänglich. In der Grundstellung des Lagers 1 ist der Fortsatz von den Wandungen der Aussparung beabstandet. Bei der Relativbewegung sowohl entlang der Längsachse 11 als auch entlang der Querachse 12 kommt der Fortsatz in der Aussparung zum Anliegen.
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In 4 befindet sich das zweite Formschlusselement 52, also die Aussparung, im elastischen Verbindungsbereich 4. Das erste Formschlusselement 51 in Form des Fortsatzes erstreckt sich von einem Anschlagteller 32 des Innenteils 3.
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Alternativ hierzu ist es auch möglich, den Fortsatz am Außenteil 2 anzuordnen. Ferner ist es möglich, die Aussparung nicht im elastischen Verbindungsbereich 4, sondern am Innenteil 3 oder am Außenteil 2 vorzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lager
- 11
- Längsachse
- 12
- Querachse
- 13
- Hochachse
- 14
- Fahrtrichtung
- 2
- Außenteil
- 3
- In nenteil
- 31
- Befestigungsabschnitt
- 32
- Anschlagteller
- 4
- Verbindungsbereich
- 5
- Formschlussanordnung
- 51
- erstes Formschlusselement
- 52
- zweites Formschlusselement
- 53
- Überlappungslänge
- 54
- Überlappungsfläche
- 55
- Abstand
- 6
- Achsträger
- 61
- Befestigungspunkte
- 7
- Karosserie
