DE19542105A1 - Verbundlenker- oder Koppellenkerachse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundlenker- oder Koppellenkerachse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie sie beispielsweise bekannt ist aus der DE-C 31 06 482, EP-B 452 635 oder DE-A 32 30 114.

Verbundlenker- oder Koppellenkerachsen haben sich seit langem wegen ihres fertigungs­ technischen und montagetechnischen vergleichsweise einfachen Aufbaus, ihres ver­ gleichsweisen geringen Gewichts sowie ihrer generell guten Fahreigenschaften in der Praxis als Hinterachsen, insbesondere als nicht angetriebene Hinterachsen für Kraftfahr­ zeuge bewährt.

Inzwischen sind entweder aus der Praxis oder rein literaturmäßig bezüglich der konstrukti­ ven Gestaltung z. B. der Längslenker oder der diese miteinander verbindenden Querstrebe vielfältige Varianten bekannt.

Bekannt sind z. B. großserienmäßig eingesetzte Verbundlenkerachsen mit einer die beiden biegesteifen Längslenker miteinander verbindenden Querstrebe in Form eines V-Profils mit in Fahrtrichtung nach vorn und symmetrisch zu den Längslenkerlängsachsen ausgerichte­ ten Schenkeln, welche ihrerseits jeweils zueinander parallel abgeknickte Schenkelverlänge­ rungen besitzen (wie z. B. DE-C 31 06 462, Fig. 2, 3; EP-B 452 635, Fig. 1, 2).

Die parallel zueinander abgeknickten Schenkelverlängerungen der Profilschenkel haben sich als Mittel bewährt, das bei reinen V-Profilen im Fahrbetrieb bei Biegebeanspruchungen u. U. auftretende Verbeulen im Schenkelrandbereich zu vermeiden.

Die Enden einer V-Profil- oder U-Profil-Querstrebe mit symmetrisch zu den Längslenker­ längsachsen ausgerichteten Profilschenkeln an die Längslenker anzuschweißen, ist ferti­ gungstechnisch sehr viel einfacher und genauer zu handhaben als wenn diese V- oder U-Profile zu den Längslenkerlängsachsen verdreht eingebaut werden.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ohne oder ohne nennenswerten Mehraufwand eine weitere Verbundlenker- oder Koppellenkerachse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, die nicht nur gewohnt einfach zu fertigen ist, sondern auch einen spürbaren Beitrag zur Erzielung guter Gierstabilität des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt leistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.

Die erfindungsgemäße Verbundlenker- oder Koppellenkerachse zeichnet sich unter Beibe­ haltung ihrer Fertigungsvorteile aufgrund des symmetrisch verbauten V- oder U-Profils durch gute Materialausnutzung der Querstrebe aufgrund eines beanspruchungsgerechten Materialeinsatzes sowie insbesondere dadurch aus, daß bei Kurvenfahrt auftretende Über­ steuerungstendenzen der Hinterachse vergleichsweise klein gehalten werden.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 die Draufsicht einer erfindungsgemäßen Verbundlenker- oder Koppel­ lenkerachse,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Querstrebe dieser Achse entlang der Schnittführung II in Fig. 1,

Fig. 3 die prinzipienhaft schematisierte Draufsicht einer üblichen Verbundlenker- oder Koppellenkerachse mit und ohne Seitenkrafteinwirkung,

Fig. 4 eine Ansicht dieser Achse in Fahrtrichtung gesehen entsprechend dem Pfeil IV in Fig. 3 und

Fig. 5 ein vergleichendes Diagramm über den Spurwinkel in Abhängigkeit vom Federweg einer erfindungsgemäßen und einer üblichen Verbundlenker­ achse bei reiner Torsionsbeanspruchung der Querstrebe (kein Seiten­ krafteinfluß).

Der Lenkerverbund der erfindungsgemäßen Verbundlenker- oder Koppellenkerachse ent­ hält zur Anlenkung der Fahrzeugräder 1 in üblicher Weise zwei starre, d. h. biege- und tor­ sionssteife Längslenker 2, die jeweils mit ihrem einen Ende über im einzelnen nicht weiter dargestellte bekannte Gummi- bzw. Gummi-Metall-Lager 4 schwenkbar am nur angedeute­ ten Fahrzeugaufbau 5 angelenkt sind und an ihrem freien anderen Ende Radträger bzw. Achsschenkel zur Lagerung der Fahrzeugräder 1 tragen.

Beide Längslenker 2 sind miteinander durch eine zwischen den aufbauseitigen Lenker­ lagern 4 und den Radachsen 6 der Fahrzeugräder 1 angeordnete Querstrebe 3 verbunden die mit ihren Enden jeweils in üblicher Weise winkel- und formsteif, z. B. durch Verschwei­ ßen, an den Längslenkern 2 befestigt ist. Diese sowohl um die Hoch- als auch um die Längsachse des Fahrzeug biegesteife, aber tordierbare Querstrebe 3 ist - wie die Schnitt­ darstellung der Fig. 2 erkennen läßt - als im wesentlichen bekanntes V-Profil ausgebildet, das mit den beiden Längslenkern 2 derart verbunden ist, daß seine beiden Profilschenkel 7 jeweils in Fahrtrichtung nach vorn und symmetrisch zu den Längsachsen der Längslenker 2 ausgerichtet sind.

Die in Fahrtrichtung nach vorn weisenden beiden Profilschenkel 7 des V-Profils sind mit zueinander parallel abgeknickten Schenkelverlängerungen 71, 72 versehen, die verhindern, daß es im Randbereich der Profilschenkel 7 während des Fahrbetriebs unter der Einwirkung von Biegebeanspruchungen zum Verbeulen kommt, wie dies in der Vergangenheit bei reinen V-Profilen ohne solche abgeknickten Schenkelverlängerungen gelegentlich vorkam.

Im Gegensatz zu bekannten Verbundlenkerachsen dieser Art ist das eingesetzte V-Profil der Querstrebe 3 nun nicht symmetrisch, sondern asymmetrisch ausgebildet, nämlich der­ art, daß die obere Schenkelverlängerung 71 des V-Profils deutlich länger bemessen ist als dessen untere Schenkelverlängerung 72. Vorzugsweise wird sie etwa doppelt so lang bemessen wie die untere Schenkelverlängerung.

Das eingesetzte V-Profil ist zwar im Querschnitt unsymmetrisch ausgebildet, aber im oben erwähnten Sinne symmetrisch zu den beiden Längslenkern 2 ausgerichtet.

Diese vordergründig nur gering erscheinende Modifizierung der Querstrebe 3, die praktisch keinen Mehraufwand erfordert und auch bezüglich des Ablaufs oder der Vorkehrungen beim Zusammenfügen und miteinander Verbinden von Längslenker 2 und Querstrebe 3 keinerlei Änderungen erfordert, ermöglicht nicht nur einen beanspruchungsgerechteren Materialeinsatz, sondern führt auch zu einer verbesserten Gierstabilität des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt, da - wie auch Versuche zeigten - grundsätzlich vorhandene Übersteuer­ tendenzen der Achse deutlich verkleinert werden.

Die Querstrebe einer Verbundlenker- oder Koppellenkerachse wird betrieblich bekanntlich einerseits bei gegensinnigem Ein- und Ausfedern der Fahrzeugräder 1 auf Torsion bean­ sprucht, wobei sie in vorteilhafter Weise eine Stabilisatorwirkung entfaltet, und andererseits unter der Einwirkung am Rad angreifender Seitenkräfte F_s, wie sie z. B. bei Kurvenfahrt auftreten, auf Biegung, und zwar - wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen - sowohl um die Hochachse als auch um die Längsachse des Fahrzeugs. Um die Hochachse ist das Biegemoment F_s · l und um die Längsachse das Moment F_s · r_dyn wirksam, so daß sich ein resultierendes Biegemoment

ergibt.

Es ist leicht erkennbar, daß die Querstrebe 3 hierbei unter der Momentenbelastung F_s · l am stärksten in den vorn liegenden Bereichen des V-Profils, d. h. in den Schenkelverlänge­ rungen 71, 72 auf Zug beansprucht wird und unter der Momentenbelastung F_s · r_dyn am stärksten im oben liegenden Bereich des V-Profils, d. h. in der oberen Schenkelverlänge­ rung 71.

Betrieblich ist also jeweils die obere Schenkelverlängerung 71 der Querstrebe 3 den höch­ sten Zugbeanspruchungen ausgesetzt.

Wenn die obere Schenkelverlängerung 71, wie in Fig. 2 gezeigt, deutlich länger bemessen wird als die untere Schenkelverlängerung 72, dann wird dadurch in dieser hoch bean­ spruchten Schenkelverlängerung auch die Zugspannung entsprechend herabgesetzt, das Material wird also bedarfsgerechter eingesetzt.

Wie die Praxis zeigt, sind für die Querstrebe einer Verbundlenker- oder Koppellenkerachse jeweils die Zugbeanspruchungen, nicht aber die Druckbeanspruchungen kritisch. Unter anderem deshalb werden in der Praxis üblicherweise V-Profile mit "naturbelassenen" (wie sie beim Walzen des Querstreben-Rohlings entstehen) Schenkelkanten eingesetzt, weil diese von Natur aus im allgemeinen auch nicht die kleinsten Rißansätze zeigen, die betrieblich unter höheren Zugbeanspruchungen zu Schäden führen könnten.

Infolge der in der relativ zur unteren Schenkelverlängerung 72 verlängerten oberen Schen­ kelverlängerung 71 reduzierten Zugspannungen ist es durchaus denkbar, bei der erfin­ dungsgemäßen Verbundlenker- oder Koppellenkerachse als Querstrebe 3 gegebenenfalls auch "unsymmetrische" V-Profile bzw. U-Profile mit beschnittenen Schenkelkanten einzu­ setzen, die i.a. preisgünstiger wären.

Der Einsatz eines in diesem Sinne unsymmetrischen V-Profils bzw. unsymmetrischen U-Profils (in Fig. 2 als 7′ angedeutet) führt aber nicht nur zu einem bedarfsgerechteren und damit wirtschaftlicheren Materialeinsatz, sondern auch zu einem verbesserten Eigenlenk­ verhalten, nämlich einer verbesserten Gierstabilität des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt, weil durch die unsymmetrische Ausbildung des symmetrisch verbauten V-Profils beim wechsel­ seitigen Ein- bzw. Ausfedern der beiden Fahrzeugräder 1, wie dies bei Kurvenfahrt auftritt, ein vergrößertes Wanklenken auftritt. Hierbei geht nämlich das kurvenäußere einfedernde Fahrzeugrad 1 stärker als üblich in Vorspur und das kurveninnere ausfedernde Fahrzeug­ rad in Nachspur. Dieses vergrößerte Wanklenken, d. h. "In-Vorspur-Gehen" überlagert sich dem unter Seitenkrafteinfluß infolge u. a. unvermeidbarer Eigenelastizitäten des Lenkerver­ bunds bewirkten "In-Nachspur-Gehen" des maßgeblichen kurvenäußeren Fahrzeugrades und bewirkt so ein insgesamt geringeres "In-Nachspur-Gehen" des kurvenäußeren Rades und damit eine insgesamt geringere Übersteuertendenz des Fahrzeugs.

In Fig. 3 ist rein beispielhaft gestrichelt angedeutet, daß bei Kurvenfahrt das kurvenäußere Rad einer Verbundlenkerachse unter der Wirkung der dabei an ihm angreifenden Seiten­ kraft F_s um einen mit Φ bezeichneten gewissen Winkel nach außen, d. h. in Nachspur ver­ schwenkt wird. Diese seitenkraftbedingte verschwenkte Lage des kurvenäußeren Längs­ lenkers und Fahrzeugrades ist stark übertrieben gestrichelt angedeutet und mit 2′ bzw. 1′ beziffert.

Das gleichzeitig einhergehende, durch die unsymmetrische Ausbildung des V-Profils ver­ größerte Wanklenken des kurvenäußeren einfedernden Rades stellt eine entgegengesetzte Lenkbewegung dieses Rades dar, so daß die resultierende Gesamtlenkbewegung des für das Eigenlenkverhalten bzw. die Gierstabilität des Fahrzeugs maßgeblichen kurvenäußeren Rades geringer ist als bei Verwendung einer Querstrebe mit symmetrischem V-Profil bzw. U-Profil.

In Fig. 5 ist zwecks besserer Anschauung ein in Versuchen entstandenes Diagramm dar­ gestellt, das den Spurwinkel eines - ohne jede Seitenkrafteinwirkung - ein- und ausfedern­ den Fahrzeugrades 1 in Abhängigkeit vom Ein- und Ausfederweg zeigt und zwar in Kurve a einerseits unter Verwendung eines symmetrischen V-Profils mit jeweils gleich langen abgeknickten Schenkelverlängerungen und in Kurve b andererseits unter Verwendung eines in Fig. 2 dargestellten unsymmetrischen V-Profils, bei dem die obere abgeknickte Schenkelverlängerung 71 um ΔS länger bemessen ist als die untere abgeknickte Schenkel­ verlängerung 72.

Es ist leicht erkennbar, daß bei gleich großem Einfederweg bei Einsatz des erfindungs­ gemäßen unsymmetrischen V-Profils ein deutlich größerer Spurwinkel (Vorspur), d. h. ein deutlich größerer Wanklenk-Effekt auftritt als bei Einsatz eines üblichen symmetrischen V-Profils.

Die für das Eigenlenkverhalten und die Gierstabilität bei Kurvenfahrt positive Vergrößerung des Wanklenk-Effekts ist ausschließlich auf die beschriebene unsymmetrische Gestaltung des eingesetzten V-Profils zurückzuführen und nicht etwa auf einen größeren Materialeinsatz.

Wenn man z. B. rein versuchsweise ausgehend von einem symmetrischen V-Profil mit gleich langen zueinander parallel abgeknickten Schenkelverlängerungen sowohl die obere als auch die untere Schenkelverlängerung in gleicher Weise um ein Maß ΔS verlängern würde, dann würde sich zwar eine größere Seitensteifigkeit der Verbundlenkerachse ergeben, aber keine Vergrößerung des Wanklenk-Effekts. Wenn dagegen lediglich die obere Schenkelverlängerung um dieses Maß ΔS verlängert wird, dann tritt einerseits ebenfalls eine gewisse Vergrößerung der Seitensteifigkeit der Verbundlenkerachse auf, in vorteilhafter Weise zusätzlich aber auch eine Vergrößerung des Wanklenk-Effekts.

Bei gleichem Materialeinsatz läßt sich durch die beschriebene asymmetrische Ausbildung des V-Profils ein größerer Wanklenk-Effekt erzielen, der zu einem verbesserten Eigenlenk­ verhalten und einer verbesserten Gierstabilität des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt führt. Außerdem wird das Material beanspruchungsgerechter eingesetzt, weil es in der höheren Zugkräften ausgesetzten oberen Schenkelverlängerung 71 konzentriert wird.

Bezugszeichenliste

 1 Fahrzeugrad
 2 Längslenker
 3 Querstrebe, U-Profil, V-Profil
 4 Lenkerlager
 5 Fahrzeugaufbau
 6 Radachse
 7 Profilschenkel des V-Profils
71 obere Schenkelverlängerung des V-Profils;
oberer Profilschenkel eines U-Profils
72 untere Schenkelverlängerung des Profils;
unterer Profilschenkel eines U-Profils

Claims (2)

1. Verbundlenker- oder Koppellenkerachse, mit zwei schwenkbar am Fahrzeugaufbau (5) angelenkten radtragenden biege- und torsionssteifen Längslenkern (2) und einer diese im Bereich zwischen ihren aufbauseitigen Lenkerlagern (4) und ihren Radachsen (6) winkel- und formsteif miteinander verbindenden biegesteifen, jedoch tordierbaren Querstrebe (3) in Form entweder eines U-Profils mit zueinander parallelen Profilschenkeln oder eines V-Profils, dessen Profilschenkel (7) zueinander parallel abgeknickte Schenkelverlängerungen (71, 72) besitzen, wobei die Anbindung der beiden Querstre­ benenden an den Längslenkern (2) derart erfolgt, daß die beiden Profilschenkel (7 bzw. 71, 72) jeweils in Fahrtrichtung nach vorn und symmetrisch zu den Längslenkerlängsachsen ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Profilschenkel (71) des U-Profils deutlich länger als dessen unterer Pro­ filschenkel (72) bzw. die obere Schenkelverlängerung (71) des V-Profils deutlich länger als dessen untere Schenkelverlängerung (72) ist.

2. Verbundlenker- oder Koppellenkerachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Schenkelverlängerung (71) des V-Profils etwa doppelt so lang ist wie die untere Schenkelverlängerung (72).