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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Hinterachse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung.
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In der jüngeren Vergangenheit werden aufgrund des ständig knapper werdenden Angebotes an Kraftstoffen für den verbrennungsmotorischen Antrieb von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, große Anstrengungen unternommen, alternative Antriebsarten zur Verfügung zu stellen. Zunehmend an Bedeutung gewinnt dabei der elektromotorische Antrieb, der aus einem oder mehreren elektrochemischen Speichern, wie Batterien bzw. Akkumulatoren, mit elektrischer Energie versorgt wird. Bedingt durch die Forderung nach größeren Reichweiten eines elektromotorisch betriebenen Fahrzeugs kann sich das Gewicht des elektrochemischen Speichers erheblich erhöhen. Um das erhöhte Gewichts des elektrochemischen Speichers zu kompensieren besteht die Anforderung, andere Bestandteile des Fahrzeugs leichtgewichtiger zu gestalten.
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So ist aus der
DE 10 2012 021 433 A1 eine Kraftfahrzeughinterachse mit Längslenkern und einem dieselben untereinander verbindenden Querträger bekannt, welche Längslenker in Erfüllung des besagten Leichtbaus aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) ausgebildet sind. Jeder Längslenker ist als Doppelblattfeder mit zwei übereinander laufenden, in einem Mittelabschnitt voneinander beabstandet und ungehindert einfedernden Federschenkeln gebildet. Die Längslenker sind jeweils mit einem ersten Endabschnitt in einer Längslenkeraufnahme eingespannt und mit einem zweiten Endabschnitt an den Querträger angeschlossen. Die Längslenkeraufnahmen sind dabei am Fahrzeugaufbau befestigt. Zur Einstellung des Fahrzeughöhenstandes und auch des Einfederungsverhaltens der Längslenker ist der erste Endabschnitt eines jeden Längslenkers zwischen platten- oder keilförmigen Federunterlagen in der zugehörigen Längslenkeraufnahme eingespannt. Die Federunterlagen werden in unterschiedlichen Abmessungen und Formen abgestimmt auf den gewünschten Fahrzeughöhenstand vorgehalten. Derartige Hinterachsen müssen erhöhten statischen und dynamischen Belastungen widerstehen, um ein gewünschtes sicheres Fahrverhalten zu gewährleisten. So kommt es beispielsweise bei einer Kurvenfahrt zu einem wechselseitigen Einfedern der Fahrzeugräder, wobei das kurvenaußenseitige Rad dabei einfedert, während das kurveninnenseitige Rad ausfedert. Hierbei kommt es zu einer elastischen Biegeverformung der Längslenker um eine in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) verlaufende Biegeachse. Der Querträger besitzt demgegenüber eine deutlich höhere größere Torsions- und Biegesteifigkeit und kann demnach als torsions- und biegesteif bezeichnet werden. Die Seitenkraftabstützung erfolgt vorzugsweise allein über die Längslenker, die aufbauseitig fest eingespannt und ihrerseits in Fahrzeugquerrichtung biegesteif ausgebildet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einer im Hinblick auf den Stand der Technik alternativen Hinterachse zur Verfügung zu stellen, welche Hinterachse bei Gewährleistung eines bestmöglichen Fahrverhaltens des Kraftfahrzeugs weiter verbessert ist.
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Ausgehend von einem Kraftfahrzeug, mit einer Hinterachse, welche zwei in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) gesehen zueinander beabstandet angeordnete und sich jeweils in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) erstreckende sowie als elastisch biegeverformbare Blattfeder ausgebildete Längslenker mit einem fahrzeugfrontseitigen, ersten Lenkerende und mit einem fahrzeugheckseitigen, zweiten Lenkerende aufweist, wobei dieselben jeweils mit dem ersten Lenkerende unter Vermittlung je eines ersten Lagerelements am Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeugs gelagert sind, und wobei deren fahrzeugheckseitige, zweite Lenkerenden mittels eines Querträgers der Hinterachse untereinander fest verbunden sind, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass das erste Lagerelement eines jeden Längslenkers nach Art eines Festlagers ausgebildet ist, welches eine Schwenk- oder Drehbewegung des ersten Lenkerendes um eine Fahrzeugquerachse erlaubt, und dass jeder Längslenker unter Vermittlung je eines zweiten, fahrzeugheckseitig des ersten Lagerelements und beabstandet zu demselben angeordneten Lagerelements nach Art eines Loslagers am Fahrzeugaufbau gelagert ist, welches eine Verschiebung des Längslenkers in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) erlaubt, jedoch in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) behindert.
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Hierdurch ist ein Kraftfahrzeug mit einer Hinterachse geschaffen, welche bei Gewährleistung eines bestmöglichen Fahrverhaltens des Kraftfahrzeugs im Hinblick auf den Stand der Technik vereinfacht ausgebildet und kostengünstiger sowie funktionssicher am Fahrzeugaufbau abgestützt ist. Ferner ist hierdurch eine verbesserte Abstützung der Hinterachse am Fahrzeugaufbau gegen an die Hinterachse angreifende Seitenkräfte zu verzeichnen.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach sind die Längslenker jeweils zumindest innerhalb des zweiten Lagerelements, vorzugsweise innerhalb sowohl des ersten als auch des zweiten Lagerelements elastisch gelagert, um zum einen eine schall- und stoßdämpfende Wirkung zu erzielen und zum anderen vorteilhaft das Federungsverhalten der Längslenker zu optimieren.
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In Fortbildung der Erfindung ist des Weiteren vorgesehen, dass die Längslenker derart im zweiten Lagerelement elastisch gelagert sind, dass neben besagter Verschiebung des Längslenkers innerhalb des zweiten Lagerelements in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) unter elastischer Vorspannung auch eine Verstellung des Längslenkers in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) und/oder eine Schwenk- oder Drehbewegung desselben um eine Fahrzeugquerachse innerhalb des zweiten Lagerelements erlaubt sind. Hierdurch ist die Möglichkeit eröffnet, dass im Hinblick auf die statische und dynamische Belastung der Hinterachse bei verbesserter Abstützung derselben respektive deren Längslenker gegen Seitenkräfte die gesamte Längserstreckung der Längslenker bzw. Federlänge nutzbar ist.
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Im Besonderen ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit des aktuell zu verzeichnenden elastischen Biegeverformungsvermögens der Längslenker die Beabstandung zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerelement eines jeden Längslenkers derart gewählt ist, dass infolge statischer und dynamischer Beanspruchung des Längslenkers eine elastische Biegeverformung desselben in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) auch in dem Längslenkerbereich zu verzeichnen ist, der zwischen dem ersten und zweiten Lagerelement angeordnet ist.
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Als besonders vorteilhaft hat sich eine Beabstandung zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerelement eines jeden Längslenkers von 30% bis 70%, vorzugsweise von 50% der Gesamtlänge des Längslenkers herausgestellt.
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Um die Abstützung der Hinterachse am Fahrzeugaufbau weiter zu verbessern und im Ergebnis ein besonders guten Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs zu erzielen, ist der Querträger der Hinterachse unter Vermittlung einer oberhalb desselben an diesem angreifenden Stabilisatorstrebe am Fahrzeugaufbau abgestützt.
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Darüber hinaus kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Querträger im Bereich der Anbindungsstellen desselben an die zweiten Lenkerenden mittels je eines Schwingungsdämpfers gegen den Fahrzeugaufbau abgestützt ist, wodurch die Funktion der Hinterachse und deren Abstützung am Fahrzeugaufbau noch weiter verbessert ist.
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Gemäß einer praxisnahen Ausgestaltung der Erfindung, sind die Längslenker vorteilhaft mittels des jeweiligen ersten und zweiten Lagerelements an je einem Längsträger des Fahrzeugaufbaus gelagert, welche Längsträger als weitestgehend biege- und verwindungssteif bezeichnet werden können.
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Um dem angestrebten Leichtbau des Fahrzeugs zu entsprechen, sind die als elastisch biegeverformbare Blattfeder ausgebildeten Längslenker jeweils aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) gebildet. Unter „biegeverformbar“ wird dabei verstanden, dass der Längslenker im verbauten Zustand in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) biegeweich und in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) biegesteif ausgebildet ist.
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Was die erfindungsgemäß ausgebildete Hinterachse an sich anbelangt, kann diese sowohl angetrieben als auch als nicht angetrieben ausgebildet sein.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung soll die übliche Fahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs mit „-x“ („minus x“), die Richtung entgegen seiner üblichen Fahrtrichtung mit „+x“ („plus x“), ausgehend von der üblichen Fahrtrichtung (-x) die Richtung in der Horizontalen quer zur x-Richtung nach rechts gesehen mit „+y“, ausgehend von der üblichen Fahrtrichtung (-x) die Richtung in der Horizontalen quer zur x-Richtung nach links gesehen mit „-y“, die Richtung in der Vertikalen quer zur x-Richtung nach oben gesehen mit „+z“, und die Richtung in der Vertikalen quer zur x-Richtung nach unten gesehen mit „-z“ bezeichnet werden. Diese Bezeichnungsweise der Raumrichtungen in kartesischen Koordinaten entspricht dem in der Kraftfahrzeugindustrie allgemein verwendeten Koordinatensystem. Überdies werden Begriffe wie „vorne“, „hinten“, „oben“ „unten“ sowie Begriffe mit ähnlichem Bedeutungsinhalt einschließlich der Begriffe „rechts“ und „links“ in der Weise verwendet, wie sie zur Richtungsbezeichnung an einem Kraftfahrzeug üblicherweise gebraucht werden. Es zeigen:
- 1 eine äußerst schematische Perspektivdarstellung des Hinterwagenbereiches eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Hinterachse desselben gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine äußerst schematische Perspektivdarstellung des Hinterwagenbereiches eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Hinterachse desselben gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- 3 die Einzelheit „Z“ nach 1 und 2 mit der Darstellung erfindungswesentlicher und einen Längslenker der Hinterachse an einem Fahrzeugaufbau lagernder Lagerelemente,
- 4 die Einzelheit „Z‟ mit der Darstellung seitlich geöffneter Lagergehäuse der Lagerelemente,
- 5 die Einzelheit „Y“ nach 1,
- 6 eine schematische Darstellung von Kraftflussverläufen innerhalb der Hinterachse,
- 7 eine schematische Darstellung einer Seitenabstützung der Hinterachse am Fahrzeugaufbau, und
- 8a-d eine schematische Funktionsdarstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Hinterachse des Kraftfahrzeugs.
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Die 1 und 2 zeigen den Hinterwagenbereich eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer Hinterachse 2, 2', welche zwei in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) gesehen zueinander beabstandet angeordnete und sich jeweils in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) erstreckende Längslenker 3 mit einem fahrzeugfrontseitigen, ersten Lenkerende 3a und einem fahrzeugheckseitigen, zweiten Lenkerende 3b aufweist. Die fahrzeugheckseitigen, zweiten Lenkerenden 3b sind mittels eines weitestgehend torsions- und biegesteifen Querträgers 4 untereinander fest verbunden, vorzugsweise verschraubt.
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Die 1 und 2 unterscheiden sich lediglich dadurch, dass in 1 eine sogenannte angetriebene Hinterachse 2 und in 2 eine sogenannte nicht angetriebene Hinterachse 2' gezeigt sind. Unter einer angetriebenen Hinterachse 2 wird eine Hinterachse 2 verstanden, deren Querträger 4 zumindest einen Antrieb 5, vorzugsweise zumindest einen Elektro-Antrieb 5 aufweist, welcher dem Vortrieb des Kraftfahrzeugs 1 dient. Der zumindest eine Antrieb 5 kann an dem Querträger 4 angebracht oder integral mit demselben ausgebildet sein. Ist nur ein Antrieb 5 vorgesehen, weist dieser bevorzugt integral ein nicht zeichnerisch dargestelltes Getriebe auf, welches mit den beiden über je einen Radträger 6 am Querträger 4 drehbar gelagerten Hinterrädern 7 (nur ein Hinterrad 7 gezeigt) wirkverbunden ist. 1 zeigt demgegenüber zwei mit dem Querträger 4 integral ausgebildete Antriebe 5, insbesondere Elektro-Antriebe 5, wobei jedem Hinterrad 7 ein separater Antrieb 5 zugeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachstehend weiter anhand eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer angetriebenen Hinterachse 2 beschrieben.
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Die Längslenker 3 bilden jeweils eine elastisch biegeverformbare Blattfeder mit streifenförmiger Gestalt und mit bevorzugt rechteckigem Profilquerschnitt aus und sind in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) biegesteif und in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) biegeweich ausgebildet. Bevorzugt bestehen die Längslenker 3 aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK), und sind demgemäß besonders leichtgewichtig ausgebildet. Alternativ können die Längslenker 3 auch aus einem anderen geeigneten Werkstoff bestehen, wie beispielsweise einem Metall, insbesondere einem Stahl, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, welche Alternativen durch die Erfindung ebenfalls mit erfasst sind.
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Ein jeder Längslenker 3 ist mit seinem fahrzeugfrontseitigen, ersten Lenkerende 3a unter Vermittlung eines ersten Lagerelements 8 am Fahrzeugaufbau 9, vorliegend an einem zugeordneten Längsträger 10 des Fahrzeugaufbaus 9 befestigt respektive gelagert. Das erste Lagerelement 8 ist nach Art eines Festlagers ausgebildet und weist ein Lagergehäuse 11 auf, in welchem das erste Lenkerende 3a unter Vermittlung eines Elastomers 12, wie Gummi oder einem elastomeren Kunststoff, elastisch gelagert ist. Das erste Lagerelement 8 ist mittels mechanischer Befestigungselemente 13, gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels Befestigungsschrauben, am zugeordneten Längsträger 10 des Fahrzeugaufbaus 9 befestigt (vgl. insbes. 3 und 4). 4 zeigt im Unterschied zur 3 ein seitlich geöffnetes Lagergehäuse 11 des ersten Lagerelements 8.
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Wie besonders gut der besagten 4 zu entnehmen ist, weist das Lagergehäuse 11 eine fahrzeugheckseitige Öffnung 14 auf, welche vom Längslenker 3 bzw. dem ersten Lenkerende 3a desselben durchsetzt ist. Die Öffnung 14 ist derart dimensioniert, dass unter elastischer Vorspannung durch besagtes Elastomer 12 eine Schwenk- oder Drehbewegung des ersten Lenkerendes 3a innerhalb des ersten Lagerelements 8 respektive des Lagergehäuses 11 desselben um eine Fahrzeugquerachse 15 erlaubt ist.
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Darüber hinaus ist jeder Längslenker 3 unter Vermittlung eines zweiten, fahrzeugheckseitig des ersten Lagerelements 8 und beabstandet zu demselben angeordneten zweiten Lagerelements 16 am Fahrzeugaufbau 9, vorliegend an dem zugeordneten Längsträger 10 desselben befestigt respektive gelagert. Das zweite Lagerelement 16 ist nach Art eines Loslagers ausgebildet und weist ein Lagergehäuse 17 auf, in welchem der Längslenker 3 unter Vermittlung eines Elastomers 18, wie Gummi oder einem elastomeren Kunststoff, elastisch gelagert ist. Das zweite Lagerelement 16 ist mittels mechanischer Befestigungselemente 13, gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels Befestigungsschrauben, am zugeordneten Längsträger 10 des Fahrzeugaufbaus 9 befestigt (vgl. insbes. 3 und 4). 4 zeigt im Unterschied zur 3 ein seitlich geöffnetes Lagergehäuse 17 des zweiten Lagerelements 16.
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Wie besonders gut der besagten 4 zu entnehmen ist, weist das Lagergehäuse 17 zwei in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) gesehen fluchtende Öffnungen 19, 20 auf, welche vom Längslenker 3 durchsetzt sind. Die Öffnungen 19, 20 sind derart dimensioniert, dass neben einer Verschiebung des Längslenkers 3 in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) unter elastischer Vorspannung durch besagtes Elastomer 18 auch eine Verstellung des Längslenkers 3 in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) und/oder eine Schwenk- oder Drehbewegung des Längslenkers 3 innerhalb des zweiten Lagerelements 16 respektive des Lagergehäuses 17 desselben um eine Fahrzeugquerachse 21 erlaubt ist/sind. Eine Bewegung des Längslenkers 3 in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) ist durch besagte Lagergehäuse 11, 17 verhindert.
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Die Beabstandung zwischen dem ersten (8) und dem zweiten Lagerelement 16 eines jeden Längslenkers 3 ist derart gewählt, dass infolge statischer und dynamischer Beanspruchung des Längslenkers 3 eine elastische Biegeverformung desselben in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) auch in dem Längslenkerbereich zu verzeichnen ist, der zwischen dem ersten (8) und dem zweiten Lagerelement 16 angeordnet ist. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Beabstandung zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerelement eines jeden Längslenkers herausgestellt, welche etwa 30% bis 70%, vorzugsweise wie dargestellt etwa 50% der Gesamtlänge des Längslenkers 3 entspricht.
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Wie den 1, 2, 5 bis 8d weiter zu entnehmen ist, ist der Querträger 4 der Hinterachse 2, 2' unter Vermittlung einer oberhalb desselben an diesem angreifenden Stabilisatorstrebe 22 am Fahrzeugaufbau 9, vorliegend beidenends an je einem Längsträger 10 desselben abgestützt. Gemäß den 1, 5 bis 8d greift die Stabilisatorstrebe 22 mittelbar über die Antriebe 5 am Querträger 4 der Hinterachse 2 an, wogegen gemäß 2 die Stabilisatorstrebe 22 mittelbar über Kulissenelemente 26 des Querträgers 4 an demselben angreift. Hierdurch ist die Abstützung der Hinterachse 2, 2' am Fahrzeugaufbau 9 weiter verbessern und im Ergebnis ein besonders gutes Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs 1 zu erzielen. 6 zeigt insoweit anhand der besagten angetriebenen Hinterachse 2 schematisch den Kraftfluss (Richtungspfeile 23) zur Abstützung der Antriebsmomente am Fahrzeugaufbau 9 sowie den Kraftfluss (Richtungspfeil 24) zur Abstützung der Bremsmomente am Fahrzeugaufbau 9. Die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ist mit dem Richtungspfeil 25 gekennzeichnet.
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Darüber hinaus zeigt 7 beispielgebend anhand der angetriebenen Hinterachse 2 die mittels derselben erzielte wirkungsvolle Seitenabstützung am Fahrzeugaufbau 9 gegen auf dieselbe wirkende Seitenkräfte (Richtungspfeile 27).
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Wie den 1, 2, 5 und 6 noch zu entnehmen ist, ist der Querträger 4 im Bereich der Anbindungsstellen desselben an die zweiten Lenkerenden 3b mittels je eines Schwingungsdämpfers 28 gegen den Fahrzeugaufbau 9 abgestützt, wodurch die Funktion der Hinterachse 2, 2' und deren Abstützung am Fahrzeugaufbau 9 noch weiter verbessert ist.
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Was die 8a bis 8d anbelangt, zeigen diese anhand der angetriebenen Hinterachse 2 die Funktionsweise derselben während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 1. So zeigt sich, dass beim Einfedern der Längslenker 3 in einem Zeitraum „t1“ bis „t4“ dessen gesamte Längserstreckung, also auch der Bereich zwischen dem ersten (8) und zweiten Lagerelement 16 zur Wirkung kommt, resultierend aus den gewährten Freiheitsgraden der Längslenker 3 innerhalb der Lagerelemente 8, 16, indem wie oben bereits dargetan im ersten Lagerelement 8 respektive dessen Lagergehäuse 11 eine Schwenk- oder Drehbewegung des ersten Lenkerendes 3a um die Fahrzeugquerachse 15 und im zweiten Lagerelement 16 respektive dessen Lagergehäuse 17 eine Verstellung des Längslenkers 3 in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) und/oder eine Schwenk- oder Drehbewegung des Längslenkers 3 innerhalb des zweiten Lagerelements 16 respektive dessen Lagergehäuses 17 um eine Fahrzeugquerachse 21 erlaubt ist/sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Hinterachse
- 2'
- Hinterachse
- 3
- Längslenker
- 3a
- erstes Lenkerende
- 3b
- zweites Lenkerende
- 4
- Querträger
- 5
- Antrieb
- 6
- Radträger
- 7
- Hinterrad
- 8
- erstes Lagerelement
- 9
- Fahrzeugaufbau
- 10
- Längsträger
- 11
- Lagergehäuse (erstes Lagerelement 8)
- 12
- Elastomer
- 13
- Befestigungselement
- 14
- Öffnung
- 15
- Fahrzeugquerachse
- 16
- zweites Lagerelement
- 17
- Lagergehäuse (zweites Lagerelement 16)
- 18
- Elastomer
- 19
- Öffnung
- 20
- Öffnung
- 21
- Fahrzeugquerachse
- 22
- Stabilisatorstrebe
- 23
- Richtungspfeil
- 24
- Richtungspfeil
- 25
- Fahrtrichtung
- 26
- Kulissenelement
- 27
- Seitenkräfte
- 28
- Schwingungsdämpfer