DE3230114C2

DE3230114C2 - Hinterachse für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3230114C2
Application number: DE19823230114
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(grad.) 6228 Eltville Kaltwasser
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1982-08-13
Filing date: 1982-08-13
Publication date: 1987-04-16
Also published as: DE3230114A1; GB2124984B; GB2124984A; GB8321127D0

Abstract

Die Hinterachse wird gebildet aus zwei biege- und torsionssteifen Längslenkern, an denen die Räder gelagert sind, und einer die Längslenker verbindenen biegesteifen aber torsionsweichen Querstrebe, die zwischen den Verbindungslinien der Radachsen und Lagerachsen der Längslenker angeordnet und durch Schweißen winkelsteif mit den Längslenkern verbunden ist. Für die Querstrebe ist ein offenes Profil verwendet, das bei waagerechter Anordnung seiner Symmetrieebene zwischen den Längslenkern einen V-förmigen und im Bereich des Anschlusses mit den Längslenkern einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die beiden Querschnittsformen allmählich ineinander übergehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hinterachse für Kraftfahrzeuge mit biege- und torsionssteifen Längslenkern, an denen die Räder gelagert sind, und einer biegesteifen aber torsionsweichen Querstrebe mit V- förmigem Querschnitt, die mit den beiden Längslenkern durch Schweißen winkelsteif verbunden ist, wobei die Längslenker kastenförmigen Querschnitt mit waagerecht angeordneter Ober- und Unterkante aufweisen und die Querstrebe derart in den Hinterachsverband eingebaut ist, daß die Symmetrieebene ihres Querschnittes im wesentlichen waagerecht angeordnet ist. Eine derartige Hinterachse ist aus der DE-AS 27 35 939 bekannt.
Eine ähnliche Hinterachse ist beispielsweise durch die DE-PS 24 30 048 bekannt, bei der allerdings zum Unterschied zu der eingangs beschriebenen Hinterachse die die beiden Längslenker verbindende, ein Querschnitt ebenfalls V-förmige Querstrebe mit im wesentlichen in senkrechter Lage angeordneter Symmetrieebene in den Hinterachsverband eingebaut ist.
Zur Erzielung ausreichender Torsions- und Biegesteifigkeit sind bei Hinterachsen dieser Bauart die Längslenker vorzugsweise als Kastenprofil ausgebildet. Andererseits führt die Forderung nach ausreichender Torsionsweichheit bei gleichzeitiger Biegesteifigkeit für die die Längslenker verbindende Querstrebe zur Verwendung eines offenen Profils. Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Querstrebe als U-, Winkel-, V- oder Z-Profil auszubilden.
Die Querstrebe ist dabei so zu bemessen, daß die auf sie in zwei Ebenen wirksam werdenden maximalen Biegemomente einwandfrei aufgenommen werden. Diese Biegemomente rühren in der senkrechten Querstrebe von den zur Längslenkerachse exzentrisch angreifenden Radaufstandskräften und in der horizontalen Ebene von den bei Kurvenfahrt auftretenden Seitenkräften her.
Auf der anderen Seite besitzen die offenen Profile ausreichende Torsionsweichheit, damit das unabhängige Ein- und Ausfedern der beiden Räder nicht über Gebühr beeinträchtigt ist. Der dabei auftretende Verdrehwiderstand kann jedoch in vorteilhafter Weise gleichzeitig als stabilisierender Effekt genutzt werden, wobei in vielen Fällen auf den Einbau eines zusätzlichen Querstabilisators ganz verzichtet werden kann.
Die für die Querstrebe dieser Hinterachse aus den oben erwähnten Gründen ausschließlich in Frage kommenden offenen Profile zeigen jedoch bei Verdrehung eine mehr oder weniger starke Tendenz zur Querschnittsverwölbung, d. h., ihre freien Schenkel verschieben sich gegeneinander oder falls sie durch die besondere Art der Anschlußverbindung daran gehindert sind, werden durch diese Verformungsverhinderung entsprechend hohe Spannungsspitzen in den Anschlußstellen zu den Längslenkern erzeugt. Aufgrund der besonderen Eigenschaften der offenen Profile wird die Verbindung zwischen der Querstrebe und den torsions- und biegesteifen Längslenkern besonders problematisch, da die Gefahr von Anrissen infolge lokaler Überschreitung der zulässigen Spannungswerte entsprechend groß ist.
Um die Spannungsspitzen an den Verbindungsstellen der Querstrebe mit den Längslenkern in Grenzen zu halten, ist es bekannt, für die Querstrebe ein bekanntermaßen verwölbungsarmes V-Profil zu wählen (DE-PS 24 30 048). In dem Maße wie die gegenseitige Verschiebung der freien Schenkel dieses Profils im Vergleich zu einem anderen offenen Profil geringer ist, werden auch die Spannungen an den Verbindungsstellen mit den Längslenkern geringer sein. Andererseits haftet diesem Profil jedoch der Nachteil an, daß es aufgrund seiner geometrischen Form für den Anschluß an die Längslenker nicht günstig ist und daher trotz der an sich geringen Wölbspannungen des V-Profils - Festigkeitsprobleme an den Verbindungsstellen auftreten.
Durch Einschweißen von weiteren Bauteilen, beispielsweise von speziell geformten Knoten- und Verstärkungsteilen bzw. durch Querschnittsveränderung in Form einer Sicke, hat man versucht, die Spannungsspitzen abzubauen und die Kräfte auf eine größere Übertragungsfläche bzw. günstiger angeordnete Schweißnähte zu verteilen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Querstrebe so auszubilden bzw. ein solches Profil zu verwenden, das einesteils möglichst verwölbungsarm und das andererseits besonders günstig für den Anschluß an die Längslenker, insbesondere im Hinblick auf die Aufnahme und Übertragung der bei Verdrehung der Querstrebe auftretenden Schub- und Normalkräfte ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der V-förmige Querschnitt der Querstrebe unter Beibehaltung der waagerechten Lage der Symmetrieebene seines Querschnittes für den Anschluß an die Längslenker an beiden Endabschnitten der Querstrebe unter allmählichem Übergang in einen U-förmigen Querschnitt übergeführt ist.
Mit der besonderen Gestaltung der Querstrebe wird erreicht, daß einesteils die aufgrund der geringen Verwölbungsneigung des V-Profils an sich schon geringen Verwölbungsverschiebungen in der Übergangszone der beiden Profile weiter abgebaut werden und daß andererseits die an den Verbindungsstellen zu den Längslenkern wirksam werdenden Verwölbungskräfte unter weitgehender Vermeidung von unzulässig hohen Spannungswerten in die Längslenker übertragen bzw. von diesen aufgenommen werden.
Versuche haben dies bestätigt, indem bei Beanspruchung der Achse auf Torsion gegenüber einem durchgehenden V- oder U-Profil eine bedeutende Steigerung der Dauerhaltbarkeit bzw. der ertragenen Schwingspiele bis zum ersten Anriß einer Schweißnaht festgestellt werden konnte. Als weiterer Vorteil der Überführung des V-Profils in ein U-Profil im Bereich der Anschlußstellen kommt hinzu, daß sich der Anschluß der Querstrebe an die Längslenker mit einem U-Profil rein geometrisch einfacher und weniger aufwendig durchführen läßt, als mit einem V-Profil.
Um vollen Nutzen aus der Verwendung eines wölbarmen V-Profils zu ziehen, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß der Übergangsbereich zwischen dem als V-Profil ausgebildeten mittleren Abschnitt und den als U-Profil ausgebildeten äußeren Abschnitten der Querstrebe unmittelbar neben der Anschlußstelle mit den Längslenkern vorgesehen ist.
Zur Gestaltung der Profile wird im einzelnen ferner vorgeschlagen, daß der Stegteil des U-Profils etwa kreisbogenförmig ausgebildet ist und daß das U-Profil im Bereich einer Übergangszone knickfrei in das V-Profil überführt ist. Im Bereich der Übergangszone werden Spannungen aufgrund der Verwölbungsverschiebungen in den Schenkeln des Profils abgebaut.
Unter Beibehaltung des Schenkelabstandes des U-Profils an den äußeren Abschnitten der Querstrebe wird zwecks Erhaltung ausreichender Biegesteifigkeit in der Symmetrieebene für das V-Profil vorgeschlagen, daß die Schenkel des V-Profils an ihren Endabschnitten derart zueinander abgebogen sind, daß diese annähernd parallel zueinander stehen. Durch diese an sich bekannte Abknickung wird nicht nur das Widerstandsmoment gegen Biegung vergrößert, sondern auch die Bauhöhe verringert und eine erhebliche Versteifung gegen Ausknicken der Schenkel bei starker Verdrehung erzielt.
Schließlich wird vorgeschlagen, daß die als Kastenprofil ausgebildeten Längslenker die als U-Profil ausgebildeten Endabschnitte der Querstege umschließen und daß die Querstrebe die Längslenker in bekannter Weise auf deren gesamter Breite durchdringt. Zweckmäßig liegen dabei die Schenkel des U-Profils gegen die Innenwandung der Längslenker beidseitig auf großer Fläche an, so daß die Möglichkeit einer langen Schweißnaht entlang des Randes einer Aussparung im Längslenker ergibt.
Die zweckmäßigen Weiterbildungen nach den Ansprüchen 5 und 6 stellen an sich bekannte Maßnahmen dar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf die linke Hälfte einer erfindungsgemäßen Hinterachse, und die
Fig. 2 bis 4 Schnitte entsprechend den Linien II-II, III-III und IV-IV.
Die erfindungsgemäße Hinterachse besteht im wesentlichen aus zwei Längslenkern 10, die an ihrem vorderen Ende mit je einem Lagerauge 11 am nicht dargestellten Fahrzeugaufbau elastisch angelenkt sind und die an ihrem rückwärtigen Ende mittels eines an einem Radträger 12 befestigten Radbolzens 13 die Hinterräder 15 tragen, und einer die beiden Längslenker verbindenden Querstrebe 14. Am Hinterrad 15 sind der Reifen mit 16, die Radfelge mit 17 und die Bremstrommel, an der das Rad 15 mittels der Radmuttern 18 befestigt ist, mit 19 bezeichnet. Für den Anschluß eines Teleskopstoßdämpfers weist der Radträger 12 einen Fortsatz 20 auf.
Der Längslenker 10 ist zur Erzielung einer hohen Torsions- und Biegesteifigkeit als Kastenprofil ausgebildet mit einer oberen und einer unteren im Querschnitt U-förmigen Halbschale 21 und 22, die entlang ihrer Flansche 23 und 24durch Punktschweißen (Schweißpunkte 25) miteinander verbunden sind.
Zur Abfederung des Wagenaufbaus dient die Schraubenfeder (nicht dargestellt), die sich gegen die Längslenker 10 über den Federsitz 26 abstützt.
Die die Längslenker 10 verbindende Querstrebe 14 ist zwischen der Lagerachse der Längslenker 10 und der Verbindungslinie der Radachsen angeordnet. Sie weist im Bereich zwischen den Längslenkern 10 einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt auf und ist so angeordnet, daß ihre Schenkel 14 a und 14 b um die gleichen Winkel schräg nach vorn unten bzw. schräg nach vorn oben gerichtet sind (Fig. 2). Die Enden der Schenkel sind symmetrisch in eine etwa parallele Lage abgebogen.
Im Bereich einer Übergangszone 27 ist das V-Profil der Querstrebe in ein U-Profil überführt, wobei die Verbindung zwischen den parallelen Schenkeln 14 a&min; und 14 b&min; durch einen halbkreisbogenförmigen Stegteil 14 c&min; hergestellt ist.
Die Querstrebe 14 tritt mit ihren als U-Profil ausgebildeten Endabschnitten 28 in eine entsprechende seitliche Öffnung des Längslenkers 10 ein und durchsetzt den Längslenker bis an dessen äußeren Flansche 23. Der Längslenker 10 weist im Bereich der Verbindungsstelle mit der Querstrebe 14 einen nach innen gerichteten keilförmigen Vorsprung 29 auf, der mit seiner Spitze auf die Scheitellinie des U-Profils 28 trifft. Mit der dadurch bedingten Verbreiterung des Längslenkers 10 wird eine breite Basis für die Verbindung mit der Querstrebe 14 geschaffen, insbesondere ergibt sich eine über den Scheitelpunkt der Querstrebe 14 verlaufende sehr lange und damit günstige Schweißnaht 30, die im Punkt 31 nur kurz unterbrochen ist.
Der Abstand der beiden Schenkel 14 a&min; und 14 b&min; des U-förmigen Profils 28 der Querstrebe 14 ist so gewählt, daß die Schenkel satt auf der Innenseite der jeweiligen Längslenker-Halbschalen 21 und 22 anliegen. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, zusätzlich zur Schweißnaht 30 weitere Schweißnähte entlang den Rändern von Durchbrüchen auf der Ober- und Unterseite des Längslenkers 10 vorsehen zu können. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Längslenker 10 kreisrunde Aussparungen 31 a und 31 b auf, bei denen unter Hochstellung des Lochrandes Ringsicken 32 a und 32 b gebildet sind. Entlang des Lochrandes sind die Schenkel des an dieser Stelle U-förmigen Querstrebenprofils mit der oberen und unteren Halbschale des Längslenkers 10 durch Schweißen verbunden. Die Schweißnähte sind mit 33 a und 33 b bezeichnet. Durch diese Ringsicken wird einesteils einem Verzug durch Schweißspannungen vorgebeugt und andererseits der Schweißverbindung in vorteilhafter Weise eine gewisse Elastizität verliehen.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Hinterachse besteht darin, daß die in den Verbindungsstellen der Querstrebe 14 mit den Längslenkern 21, 22 bei einer Verdrehung der Querstrebe 14 aufgrund unterschiedlicher Ein- und Ausfederung der Räder 15 auftretenden Verwölbungskräfte einesteils reduziert sind und andererseits diese Kräfte in den Längslenkern sehr gut aufgenommen werden mit dem Ergebnis einer beträchtlichen Steigerung der Wechselfestigkeit.

Claims

1. Hinterachse für Kraftfahrzeuge mit biege- und torsionssteifen Längslenkern, an denen die Räder gelagert sind, und einer biegesteifen aber torsionsweichen Querstrebe mit V-förmigem Querschnitt, welche mit den beiden Längslenkern durch Schweißen winkelsteif verbunden ist, wobei die Längslenker kastenförmigen Querschnitt mit waagerecht angeordneter Ober- und Unterkante aufweisen und die Querstrebe derart in den Hinterachsverband eingebaut ist, daß die Symmetrieebene ihres Querschnittes im wesentlichen waagerecht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der V-förmige Querschnitt der Querstrebe (14) unter Beibehaltung der Symmetrieebene des Querschnittes für den Anschluß an die Längslenker (21, 22) an beiden Endabschnitten (27) unter allmählichem Übergang in einen U-förmigen Querschnitt (14 a&min;, 14 b&min;, 14 c&min;) übergeführt ist.

2. Hinterachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich (27) zwischen den als U-Profil (14 a&min;, 14 b&min;) ausgebildeten äußeren Abschnitten (28) und dem als V-Profil (14 a, 14 b) ausgebildeten mittleren Abschnitt der Querstrebe (14) unmittelbar im Anschluß an die Verbindungsstelle mit den Längslenkern (21, 22) vorgesehen ist.

3. Hinterachse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stegteil (14 c&min;) des U-Profils (14 a&min;, 14 b&min;) der Querstrebe (14) etwa kreisbogenförmig ausgebildet ist, und das U-Profil (14 a, 14 b) im Bereich einer Übergangszone (27) knickfrei in das V-Profil übergeführt ist.

4. Hinterachse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel des V-Profils (14 a, 14 b) der Querstrebe an ihren Endabschnitten zueinander abgebogen sind und annähernd parallel zueinander verlaufen.

5. Hinterachse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querstrebe derart eingebaut ist, daß die Schenkel bzw. Flansche in Fahrtrichtung weisen.

6. Hinterachse nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegekante bzw. Scheitellinie der Querstrebe durchgehend geradlinig verläuft.

7. Hinterachse nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längslenker (21, 22 ) die als U-Profil (14 a&min;, 14 b&min;) ausgebildeten Endabschnitte (28) der Querstrebe (14) umschließen und die Querstrebe (14) die Längslenker (21, 22) auf deren gesamter Breite durchdringt.