DE4200482C2 - Tragestruktur für eine Hinterrad-Aufhängung eines Fahrzeuges - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tragestruktur mit einem Aufhängungs-Querträger und mit Steuerarmen für eine Hinterrad-Aufhängung eines mit einem Triebwerk ausgestatte­ ten Fahrzeugs.

Hinterrad-Aufhängungssysteme für selbstfahrende Fahrzeuge werden durch einen Rahmen getragen, an dem eine Fahrzeugka­ rosserie verschraubt oder anderweitig an mehreren Punkten befestigt ist. Ein solcher Rahmen umfaßt typischerweise ein Paar Seitenteile oder Rahmenabschnitte, die an gegenüber­ liegenden Seiten der Fahrzeugkarosserie angeordnet sind und in Längsrichtung der Fahrzeugkarosserie verlaufen, und vor­ dere oder erste und hintere oder zweite Querträger, die mit den Seitenteilen verbunden sind. Der erste Querträger ist in seinem Mittenabschnitt nach oben gebogen oder gekrümmt, so daß zumindest ein Teil eines Hinterachsen-Differentials unterhalb des ersten Querträgers angeordnet werden kann. Außerdem weist ein Hinterrad-Aufhängungssystem typischer­ weise obere, vom A-Typus, und hintere Arme auf, die durch den Seitenrahmen schwenkbar getragen sind, und einen unter­ en Arm, der durch den vorderen Querträger schwenkbar getra­ gen ist.

Anhand von Fig. 1 soll nachfolgend eine Ausführungsform einer herkömmlichen Hinterrad-Aufhängungstragestruktur be­ schrieben werden. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt ein Karosserierahmen, an den eine Fahrzeugkarosserie ange­ schraubt oder anderweitig an mehreren Punkten befestigt ist, ein Paar linker und rechter Seitenteile oder Rahmen a, die an gegenüberliegenden Seiten der Fahrzeugkarosserie an­ geordnet sind. Jeder der rechten und linken Seitenrahmen erstreckt sich in Längsrichtung der Fahrzeugkarosserie. Der Karosserierahmen umfaßt außerdem vordere oder erste und hintere oder zweite Querträger b und c, die sich in einer Querrichtung der Fahrzeugkarosserie erstrecken und mit den Seitenteilen a verbunden sind. Der vordere Querträger b ist in seinem Mittenabschnitt nach oben gekrümmt, so daß ein Teil eines Hinterachsendifferentials i unterhalb des ge­ krümmten vorderen Querträgers b angeordnet werden kann. Jede Hinterradaufhängung weist typischerweise einen oberen Arm d vom A-Typus auf, einen nachlaufenden oder hinteren Arm e und ein Paar unterer Arme f und g für jedes Hinterrad. Jeder obere Arm d ist an seinem hinteren Ende an einem der Seitenrahmen a schwenkbar angebracht. Jeder hintere Arm e ist mit seinem vorderen Ende an einem der Seitenrahmen a schwenkbar angebracht. Jeder untere Arm f ist mit seinem Hinterende an der Unterseite eines Abschnitts des vorderen Querträgers b benachbart zu dem gekrümmten mittleren Ab­ schnitt schwenkbar angebracht. Jeder untere Arm g ist mit seinem Hinterende an einem Unterteil h schwenkbar getragen, das sich von dem Hinterende eines der Seitenrahmen a er­ streckt.

Ein vorderer Querträger oder eine Hinterrad-Aufhängungstra­ gestruktur dieser Art ist typischerweise relativ schwer und erhöht deshalb unvermeidlich das Gewicht der Fahrzeug­ karosserie. Die Verwendung eines leichtgewichtigen vorderen Querträgers in einem Fahrzeugkarosserierahmen vermindert jedoch die strukturelle Festigkeit einer Fahrzeugkarosserie in ihrer Querrichtung. Deshalb ist es schwierig, eine leichtgewichtige Fahrzeugkarosserie zu verwirklichen, was ein Ziel zurückliegender Fahrzeugkonstruktionen gewesen ist.

Aus der EP 0 170 220 A2 ist eine Tragestruktur für die Hin­ terräder eines Fahrzeuges bekannt geworden, die einen Quer­ träger aufweist, der sich über Elemente aus federndem Mate­ rial an der Fahrzeugkarosserie abstützt. Ein mittlerer Ab­ schnitt des Querträgers der Tragestruktur ist über Elemente aus federndem Material mit dem vorderen Abschnitt eines Dif­ ferentialgehäuses verbunden, welches seinerseits auch über Teile aus federndem Material mit der hinteren Fahrzeugkaros­ serie verbunden ist. Ferner ist der mittlere Abschnitt des Querträgers mit der Fahrzeugkarosserie über ein Verbindungs­ glied verbunden, das vertikale Bewegungen des Querträgers einschränken soll. Diese Gestaltung der Tragestruktur dient der Zielsetzung, Vibrationen des Differentials durch eine elastische Aufhängung an die Fahrzeugkarosserie nicht wei­ terzuleiten.

Aus der DE-OS 14 30 191 ist ein Fahrschemel für Kraftfahr­ zeuge bekannt geworden, die hauptsächlich für Geländefahrt bestimmt sind und bei denen während der Geländefahrt keine unzulässigen Beanspruchungen des Fahrzeughauptrahmens und der Verbindungselemente zwischen Fahrzeughauptrahmen und Fahrschemelrahmen auftreten sollen. Der Fahrschemel besteht zu diesem Zweck aus zwei hutförmigen, geschlossenen Querträ­ gern, die sich der Hauptrahmenaußenkontur anpassen und durch längs zur Fahrtrichtung angeordnete kastenförmige Verbin­ dungsteile und ein Bodenblech zu einem steifen, wannenförmi­ gen Gebilde verbunden werden.

In der EP 0 217 261 A1 ist eine Vorrichtung zum elastischen Aufhängen der Räder eines Fahrzeuges an der Fahrzeugkarosse­ rie beschrieben, die einen Querträger aufweist, der aus ei­ nem zentralen Querträger und zwei seitlichen, unter einem Winkel nach oben stehenden Trägern besteht. An den Oberenden dieser seitlichen Träger ist der gesamte Querträger an der Karosserie befestigt. Die einzelnen Räder sind über jeweili­ ge Aufhängungen an den seitlichen Trägern schwenkbar und über elastische Mittel gedämpft gelagert. Diese Gestaltung der Vorrichtung dient der Zielsetzung, eine elastische Auf­ hängung der Räder an der Fahrzeugkarosserie bereitzustellen.

Die DE-OS 15 55 167 offenbart eine Motor- und Vorderachsauf­ hängung von Kraftfahrzeugen unter Verwendung eines am Fahr­ zeugoberbau elastisch aufgehängten Hilfsrahmens oder Fahr­ schemels, an dem einerseits der Motor elastisch gelagert und andererseits die Radführungsglieder angelenkt sind. Der Hilfsrahmen ist in Draufsicht H-förmig ausgebildet. Seine seitlichen Längsschenkel dienen zu seiner elastischen Auf­ hängung an vier Punkten des Fahrzeugoberbaus sowie zur Lage­ rung der Radführungsglieder bzw. zur Abstützung der Radfede­ rung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Tragestruktur für eine Hinterrad-Aufhängung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 bereitzustellen, welche bei Verwendung eines leichtgewichtigen Aufhängungs-Querträgers eine Fahrzeugka­ rosserie mit einer erhöhten strukturellen Festigkeit schafft.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Demnach ist es erfindungsgemäß vorgesehen, eine spezielle Hinterachsen-Aufhängungstragestruktur zu schaffen, die ei­ nen Querträger aufweist, der an einer Fahrzeugkarosserie an gegenüberliegenden Seiten eines Tunnels befestigt ist, der in einem Bodenblech ausgebildet ist, in dem ein Teil eines Triebwerks angeordnet ist. Das Triebwerk umfaßt eine vorde­ re Antriebseinheit, die in einem vorderen Fahrzeugkarosse­ rie-Abschnitt angeordnet ist, sowie ein Hinterachsendiffe­ rential, das unter einem hinteren Fahrzeugabschnitt ange­ ordnet ist. Der Querträger ist so angeordnet, daß er unter dem Bodenblech quer verläuft. Der Querträger selbst umfaßt einen zentralen Querträger, der sich quer unter dem Tunnel erstreckt und mit seinen gegenüberliegenden Enden an der Fahrzeugkarosserie an gegenüberliegenden Seiten des Tunnels befestigt ist, sowie ein Paar seitlicher Querträger, von de­ nen jeder mit einem ersten Ende an einem Ende des zentralen Querträgers befestigt ist und sich seitlich so erstreckt, daß das hintere Aufhängungssystem an einem zweiten Ende schwenkbar gelagert oder getragen ist. Der zentrale Querträger umfaßt einen Aluminiumarm oder -trägerarm und ist derart angeordnet, daß er durch einen Triebwerksrahmen leicht zerbrochen werden kann, der unter dem Tunnel verläuft und die vordere Antriebseinheit und das Hinterachsendifferential fest oder starr verbindet.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer herkömmlichen hinteren Aufhängungstragestruktur;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine hintere Aufhängungs­ tragestruktur für ein rechtes Hinterrad in Über­ einstimmung mit einer bevorzugten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf einen zentralen Querträger;

Fig. 4 eine Hinteransicht des zentralen Querträgers in einer bestimmten Stellung relativ zu einem Tun­ nel in einem Bodenblech;

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Triebwerkrahmens und

Fig. 6 eine Seitenansicht des Triebwerkrahmens in einer bestimmten Stellung relativ zu einem Triebwerk.

In Fig. 2 ist ein Hinterrad-Aufhängungssystem in Überein­ stimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung gezeigt. Mehr im einzelnen ist ein Hin­ terrad gezeigt, das durch einen rechten hinteren Rahmen ge­ tragen ist. Obwohl aus Gründen der Klarheit lediglich ein rechtes Hinterrad und ein Rahmen gezeigt sind, versteht es sich von selbst, daß ein linker hinterer Rahmen zum Tragen eines linken Hinterrads ebenso vorgesehen ist. Ein derarti­ ger linker hinterer Rahmen weist dieselbe Struktur und die­ selbe Wirkungsweise wie der Rahmen auf, der das rechte Hin­ terrad trägt. Ein Hinterrad-Aufhängungsträger, der nachfol­ gend der Einfachheit halber als Aufhängungsträger bezeich­ net ist, für das hintere Rad T weist einen oberen Steuerarm 2 vom A-Typus sowie einen unteren Steuerarm 3 auf. Der obe­ re Steuerarm 2 weist einen außen gelegenen Armabschnitt auf, der mit seinem Außenende 2A durch einen U-förmigen, außen gelegenen, oberen Schwenkträger 1A eines Radträgers 1 schwenkbar getragen ist. Der obere Steuerarm 2 weist außer­ dem Innenarmabschnitte 2B auf, die in Längsrichtung der Fahrzeugkarosserie voneinander getrennt sind. Die innen ge­ legenen Armabschnitte 2B sind durch innen gelegene Schwenk­ träger 6A schwenkbar getragen, die an einem Teil eines nicht dargestellten Rahmens vorgesehen sind, an dem eine Fahrzeugkarosserie befestigt ist, wie beispielsweise ein hinterer Seitenrahmen 6. Der untere Steuerarm 3 weist einen außen gelegenen Armabschnitt auf (der unterhalb des Radträ­ gers 1 versteckt ist), der an seinem Aussenende durch einen außen gelegenen, unteren Schwenkträger (der unterhalb des Radträgers 1 versteckt ist) des Radträgers 1 schwenkbar ge­ lagert ist. Der untere Steuerarm weist außerdem einen innen gelegenen Armabschnitt auf, der an einem Teil des Rahmens schwenkbar gelagert ist, der hinter einer hinteren An­ triebsachse 11 angeordnet ist, die ein nicht dargestelltes Hinterachsendifferential mit dem Radträger 1 verbindet. Ein Schleppsteuerverbindungsglied 5 ist mit seinem Außenende 5B durch einen außen gelegenen Schwenkträger 1B des Radträgers 1 schwenkbar getragen. Der außen gelegene Schwenkträger 1B ist in vertikaler Richtung zwischen einem U-förmigen oberen Schwenkträger 1A und einem unteren Schwenkträger 1C ange­ ordnet. Das Schleppsteuerverbindungsglied 5 ist mit seinem innen gelegenen Ende 5A durch einen innen gelegenen unteren Schwenkträger 6B schwenkbar gelagert, der an dem hinteren Seitenrahmen 6 vorgesehen ist, und zwar durch eine Öl ent­ haltende Büchse. Eine derartige Öl enthaltende Büchse ist an sich bekannt und kann in einer beliebigen bekannten Ge­ stalt ausgebildet sein. Ein hinten liegendes Verbindungs­ glied 4 ist mit seinem außen gelegenen Ende an einem außen gelegenen Abschnitt des unteren Steuerarms 3 schwenkbar an­ gebracht und ist mit seinem innen gelegenen Ende schwenkbar an dem hinteren Seitenrahmen 6 gelagert.

Ein Aufhängungsquerträger 70 erstreckt sich zwischen den hinteren Seitenrahmen 6 und ist mit seinen gegenüberliegen­ den Enden an die hinteren Seitenrahmen 6 angeschlossen, die in Längsrichtung verlaufen und an gegenüberliegenden Seiten des Rahmens angeordnet sind. Der Aufhängungsquerträger 70 weist einen zentralen Querträger 8 auf, der nachfolgend als "Tunnelteil" bezeichnet ist, sowie einen seitlichen Quer­ träger 7, der sich zwischen den hinteren Seitenrahmen 6 er­ streckt und mit seinen gegenüberliegenden Enden mit dem hinteren Seitenrahmen 6 und dem zentralen Querträger 8 ver­ bunden ist. Der Aufhängungsquerträger 70 besteht vorzugs­ weise aus Aluminium. Ein nicht dargestellter Stoßdämpfer ist mit seinem oberen Ende an der Fahrzeugkarosserie 13 und mit seinem unteren Ende 12 an dem oberen Steuerarm 2 durch einen Bolzen 20 befestigt. Wie aus den Fig. 2 und 4 hervor­ geht, überlagert die Fahrzeugkarosserie den oberen Steuer­ arm 2. Der Bolzen 20 erstreckt sich von dem oberen Steuer­ arm 2 nach hinten und verbindet ein Ende eines Steuerver­ bindungsglieds 9 schwenkbar mit dem oberen Steuerarm 2. Das Steuerverbindungsglied 9 ist an jedes Ende einer hinteren Stabilisierstange 10 schwenkbar angeschlossen, die an meh­ reren Punkten durch Schellen oder Klammern 10A an dem Rah­ men befestigt ist.

Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, sind an dem zentralen Querträger oder Tunnelteil 8, das aus Aluminium besteht, an einem Ende 81 zwei Bolzenlöcher 83 sowie ein Schraubenloch 85 und an dem anderen Ende 82 zwei Bolzenlöcher 84 und ein Schraubenloch 86 ausgebildet. Der zentrale Querträger 8 ist so angeordnet, daß er eine Öffnung 140 durchsetzt, die in einem Rahmen 14 zur Lagerung des Triebwerks (s. Fig. 6) ausgebildet ist, wobei das Triebwerk eine Antriebseinheit 16, eine Triebwelle oder Kardanwelle 17 und das Hinterach­ sendifferential 15 umfaßt, und der zentrale Querträger ist ferner so angeordnet, daß er in einer geraden Querlinie un­ terhalb eines vorderen Abschnitts eines Hinterachsendiffe­ rentials 15 verläuft, das in einem Tunnel 13 angeordnet ist, der in einem nicht dargestellten Bodenblech ausgebil­ det ist. Während einer Kollision berührt der zentrale Querträger 8 eine Kante der Öffnung 140 und erleidet eine Verbiegung und/oder bricht. Der zentrale Querträger 8 ist an gegenüberliegenden Seiten des Tunnels 13 an dem Boden­ blech durch Bolzen, die die Bolzenlöcher 83 und 84 durch­ setzen, sowie mit seinen gegenüberliegenden Enden an den seitlichen Querträgren 7 durch Bolzen oder Schrauben, die in die Schraublöcher oder Gewindebohrungen 85 und 86 ge­ schraubt sind, befestigt.

Wie aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, ist der Triebwerkrah­ men 14, der hochfest ist und einem Verbiegen zu widerstehen vermag, jedoch torsionsflexibel ist, so ausgebildet, daß er in seitlicher Richtung eine U-förmige Querschnittsöffnung aufweist. Der Triebwerkrahmen 14 verläuft zwischen der An­ triebseinheit 16, die in einem Motorraum der Fahrzeugkaros­ serie angeordnet ist und dem Hinterachsendifferential 15.

Das Hinterachsendifferential ist durch einen Verbindungs­ schwenkbolzen 23 an einem Unterrahmen 22 schwenkbar gela­ gert, der einen Teil des hinteren Abschnitts der Fahrzeug­ karosserie bildet. Das Triebwerk ist an seinem vorderen Ende an den Klammern oder Schellen 16A der Antriebseinheit 16 mittels Bolzen 18 und mit seinem hinteren Ende durch Bolzen 19 an den Klammern 15A des Hinterachsendifferentials 15 befestigt. Der derart strukturierte oder aufgebaute Triebwerkrahmen 14 verhindert die Übertragung einer Ver­ drehbewegung der Antriebseinheit 16 um ihre Längsmitten­ linie an das Hinterachsendifferential 15.

Die seitlichen Querträger 7 und der zentrale Querträger 8 weisen in der Querrichtung eine hohe Steifigkeit oder Fe­ stigkeit auf, weil sie miteinander durch die Fahrzeugka­ rosserie verbunden sind. Der zentrale Querträger 8 ist je­ doch ausschließlich hochwiderstandsfähig gegenüber in Längsrichtung wirkende Stöße und lediglich in beschränktem Umfang widerstandsfähig gegenüber in Querrichtung wirkende Stöße, und zwar aufgrund der Tatsache, daß er aus Aluminium besteht. Nichtsdestoweniger zeichnet sich der erfindungsge­ mäße hintere Aufhängungsquerträger 70 nicht nur durch eine verbesserte strukturelle Festigkeit in der Querrichtung aus, vielmehr ist dieser Träger auch dazu in der Lage, Stöße zu absorbieren, die auf ihn in Längsrichtung einwir­ ken. Dies erhöht die Sicherheit eines hinteren Aufhängungs­ systems, das zudem leichtgewichtig aufgebaut sein kann.

Zur Erhöhung der Sicherheit sowie zur Erhöhung des Absorp­ tionsvermögens des hinteren Aufhängungssystems in Längs­ richtung ist es wünschenswert, das Teil 80 des zentralen Querträgers 8, das in der Öffnung 140 des Triebwerkrahmens 14 angeordnet ist, so auszubilden, daß es in Längsrichtung wirkenden Stößen lediglich schwach zu widerstehen vermag, so daß der zentrale Querträger 8 durch den Triebwerkrahmen 14 während einer Kollision leicht zerbrochen werden kann. Alternativ hierzu kann es zur Erhöhung der Sicherheit sowie des Absorptionsvermögens des hinteren Aufhängungssystems gegen dieses beaufschlagende Stöße vorgesehen sein, anstatt den zentralen Querträger 8 aus Aluminium auszubilden, den zentralen Querträger 8 mit einer Mehrzahl von Kerben auszu­ bilden, die in Längsrichtung geeignet verteilt sind, so daß der Querträger Querstößen nur in begrenztem Umfang zu wi­ derstehen vermag. Da der Aufhängungsquerträger 70 aus drei Teilen aufgebaut ist, nämlich aus zwei seitlichen Querträ­ gern 7 und dem zentralen Querträger 8, und weil der zentra­ le Querträger 8 in der Querrichtung so angeordnet ist, daß er nicht mit dem Triebwerkrahmen 14 in störenden Eingriff gelangt, jedoch im Falle einer Kollision durch den Trieb­ werkrahmen 14 getroffen und leicht zerbrochen wird, ist das hintere Aufhängungssystem während einer Kollision sicherer.

Claims (7)

1. Tragestruktur mit einem Aufhängungs-Querträger (70) und mit Steuerarmen (2, 3) für eine Hinterrad-Aufhängung eines mit einem Triebwerk ausgestatteten Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Triebwerksrahmen (14) vorgesehen ist,
daß durch den Triebwerksrahmen (14) das Triebwerk (16), welches in einem vorderen Abschnitt der Fahrzeugkaros­ serie angeordnet ist, und ein Hinterachsendifferential (15), welches unter einem hinteren Abschnitt der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist, starr miteinander verbunden sind,
daß der Triebswerksrahmen (14) sich im Bereich eines im Bodenblech der Fahrzeugkarosserie ausgebildeten Tunnels (13) erstreckt,
daß der Triebswerksrahmen (14) mit einer Öffnung (140) ausgestattet ist, und
daß sich durch die Öffnung (140) ein zentraler Querträger (8) des Aufhängungs-Querträgers (70) in Querrichtung unter dem Tunnel (13) erstreckt.

2. Tragestruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Querträger (70) zusätzlich zu dem zentralen Querträger (8) ein Paar seitlicher Querträger (7) umfaßt,
wobei jeder seitliche Querträger (7) mit einem Ende an einem Ende des zentralen Querträgers (8) befestigt ist und in Seitenrichtung so verläuft, daß er das hintere Aufhängungssystem an seinem gegenüberliegenden Ende schwenkbar trägt.

3. Tragestruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Querträger (8) so angeordnet ist, daß er durch den Triebwerksrahmen (14) bei einer Kollision des Fahrzeugs deformiert oder zerbrochen wird.

4. Tragestruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Triebwerksrahmen (14) einen allgemein U-förmigen, seitlich offenen Querschnitt aufweist.

5. Tragestruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tunnel (13) eine Kardanwelle des Triebwerks (15, 16) umschließt.

6. Tragestruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Querträger (8) einen Aluminiumträger umfaßt.

7. Tragestruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Querträger (8) mit einer Mehrzahl von über seine Länge verteilten Kerben ausgebildet ist.