Querträger für eine Verbundlenkerachse

Die Erfindung bezieht sich auf Querträger für eine Verbundlenkerachse mit einem an einer Längsseite offenen und im Querschnitt U-förmigen Profil, welches zwei voneinander

beabstandete Schenkel und einen diese verbindenden Verbindungssteg aufweist.

Verbundlenkerachsen verbinden die Hinterräder eines Kraftfahrzeugs mit dem Fahrzeugaufbau. Typischerweise bewegt sich bei Verbundlenkerachsen ein kurvenäußeres Rad unter einer von außen wirkenden Seitenkraft in Richtung Nachspur. Um einen solchen Nachspureffekt gering zu halten, müssen Verbundlenkerachsen möglichst Seiten-, stürz- und vorspursteif sein. Der nachteilige Nachspureffekt unter Seitenkraft kann durch geeignete elastokinematische Spur- und Sturzänderungen beim wechselseitigen Ein- und Ausfedern der Längslenker kompensiert werden.

Die elastokinematischen Eigenschaften werden stark durch Lage und Formgebung des Profils des Querträgers beeinflusst. Durch eine definierte Torsionsverformung des Querträgers wird in Abhängigkeit der Profilform beim wechselseitigen Ein- und Ausfedern der Längslenker ein Wanklenken in Richtung Vorspur erzielt.

Weiterhin ist ein möglichst geringes Bauteilgewicht anzustreben, um die ungefederten Massen am Fahrzeug gering zu halten.

Desweiteren ist zu beachten, dass entsprechende Querträger in großen Stückzahlen

kostengünstig herstellbar sein müssen.

In DE 10 2009 050 058 A1 wird ein Querträger der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welcher in Längserstreckungsrichtung einen variablen Profilquerschnitt aufweist. Durch eine Wanddickenvariation wird es dort möglich, unter Beibehaltung oder Verminderung des

Bauteilgewichts die Bauteilsteifigkeiten zu erhöhen. Eine solche Wanddickenvariation ist jedoch fertigungstechnisch etwas aufwändig. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, vor dem Hintergrund des Zielkonflikts zwischen Bauteilgewicht und Sollsteifigkeiten einfach und kostengünstig herstellbare Alternativen für einen Querträger einer Verbundlenkerachse aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird durch einen Querträger gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Der

erfindungsgemäße Querträger für eine Verbundlenkerachse weist ein an einer Längsseite offenes und im Querschnitt U-förmiges Profil auf, welches zwei voneinander beabstandete Schenkel und einen diese verbindenden Verbindungssteg aufweist. Er zeichnet sich dadurch aus, dass der Verbindungssteg in einem Mittelabschnitt des Querträgers, welcher sich in Bezug auf die Längserstreckungsrichtung des Querträgers über die Mitte desselben erstreckt, in Richtung eines der Schenkel geneigt ist, und der Querträger weiter außen gelegene Abschnitte aufweist, an denen der Verbindungssteg weniger stark oder nicht geneigt ist.

Dies ermöglicht im Vergleich zu einem Querträger mit konstantem Querschnittsprofil eine signifikante Gewichtsreduktion bei verbesserten Steifigkeitseigenschaften.

Zudem ist der Querträger einfach und kostengünstig herstellbar. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Querträger aus einem Blech mit konstanter Wanddicke hergestellt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.

Es hat sich gezeigt, dass ein maximaler Neigungsunterschied am Verbindungssteg zwischen dem Mittelabschnitt und den weiter außen gelegenen Abschnitten im Bereich von 5° bis 20° von Vorteil ist. Weiter bevorzugt liegt der maximale Neigungsunterschied im Bereich von 8° bis 13°.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Querträger in

Längserstreckungsrichtung tailliert. Dies ermöglicht eine weitere Gewichtsreduktion.

Gleichzeitig bleibt eine stabile Anbindung des Querträgers an die Längslenker einer

Verbundlenkerachse gewährleistet. Insbesondere kann bei einer Schweißverbindung eine hinreichend große Schweißnahtlänge an der Anbindung an die Längslenker gewährleistet werden.

Die Taillierung kann allein über die Schenkel erzielt werden. Dazu können beispielsweise die Schenkel im Mittelabschnitt des Querträgers steiler angestellt sein als an den weiter außen gelegenen Abschnitten. Vorzugsweise weist jedoch der Verbindungssteg im Mittelabschnitt des Querträgers eine Taillierung quer zur Längserstreckungsrichtung des Querträgers auf.

Über die Neigung und die Taillierung lassen sich die Biegesteifigkeit und das Torsionsverhalten des Querträgers sowie einer damit ausgestatteten Verbundlenkerachse einstellen. Dabei kann sowohl die Biegesteifigkeit als auch die Torsionssteifigkeit entlang der

Längserstreckungsrichtung des Querträgers variieren.

Wie bereits erwähnt, kann ein solcher Querträger als Blechformteil mit konstanter Wanddicke ausgebildet sein, so dass sich dieser besonders einfach und kostengünstig mit einem in Längserstreckungsrichtung des Querträgers variablen Querschnitt herstellen lässt.

Durch einen kontinuierlich stetigen Übergang des Mittelabschnitts in die weiter außen gelegenen Abschnitte werden Sprünge in der Biege- und Torsionssteifigkeit vermieden. Die damit verbundene Vermeidung von Spannungsüberhöhungen gestattet eine weitere

Gewichtsreduzierung.

Weiterhin kann der Querträger in der Profilhöhe verjüngte Endabschnitte aufweisen, an welchen der Verbindungssteg zur Längserstreckungsrichtung jeweils nach außen abfallend geneigt ist. Dies ermöglicht eine weiche Zunahme der Torsionssteifigkeit zu den Längslenkern hin und vermeidet Spannungsspitzen in diesem Bereich.

Ferner können die verjüngten Endabschnitte in Ankopplungsabschnitten auslaufen, welche jeweils einen Beschnitt zum Umgreifen eines quer zum Querträger verlaufenden Profils aufweisen. Dies gestattet eine einfache und stabile Anbindung des Querträgers an die

Längslenker.

Eine erfindungsgemäße Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug umfasst neben dem vorstehend erläuterten Querträger zwei Längslenker, die jeweils einen ersten Endabschnitt zur Ankopplung an einen Fahrzeugaufbau und einen zweiten Endabschnitt zur Ankopplung eines Fahrzeugrads aufweisen. Dabei verbindet der Querträger die beiden Längslenker miteinander.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Anordnung des Querträgers zu den

Längslenkern derart, dass der Profilquerschnitt des Verbindungsstegs an den weiter außen gelegenen Abschnitten im Bereich minimaler Neigung parallel zu den Längslenkern im Bereich der Ankopplung des Querträgers ist. Insbesondere können die Oberseiten der Längslenker im Ankopplungsbereich und der Bereich minimaler Neigung an den weiter außen gelegenen Abschnitten der Querträgers parallel zueinander sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten

Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Figur 1 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels für eine Verbundlenkerachse mit einem Querträger nach der Erfindung,

Figur 2 eine Ansicht des Querträgers von oben,

Figur 3 eine Seitenansicht des Querträgers,

Figur 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Figur 2, und in

Figur 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Figur 2.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Verbundlenkerachse 1 für ein

Personkraftfahrzeug, über welche die Hinterräder des Fahrzeugs gegen dessen Aufbau abgestützt werden können.

Die Verbundlenkerachse 1 weist zwei sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende, gegebenenfalls auch gepfeilt angeordnete Längslenker 2 auf, welche durch einen Querträger 3 miteinander verbunden sind. Jeder Längslenker 2 weist an einem in Fahrtrichtung vornliegenden Endabschnitt eine Lageraufnahme 4 für ein Gummi-Metall-Lager zur gelenkigen Ankopplung an den Fahrzeugaufbau auf. Die Verbundlenkerachse 1 kann dementsprechend um eine horizontale, in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Achse schwenkbar am

Fahrzeugaufbau gelagert werden. Ferner ist an rückseitigen Endabschnitten der Längslenker 2 jeweils ein Radträger 5 zur Lagerung eines Fahrzeugrads vorgesehen.

Die Längslenker 2 sind bezogen auf eine zum Querträger 3 parallele Achse im Wesentlichen biege- und torsionssteif ausgebildet und können geschmiedet, gegossen oder in

Schweißkonstruktion ausgeführt sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese zumindest abschnittsweise als Hohlprofilelemente ausgeführt. Der Querträger 3 der Verbundlenkerachse 1 ist biegesteif, jedoch torsionsweich ausgeführt, um ein wechselseitiges Ein- und Ausfedern der Längslenker 2 zu ermöglichen. Die Torsion des Querträgers 3 wirkt dabei einer Verschränkung der Längslenker 2 federelastisch entgegen.

Der Querträger 3 weist ein hohles Profil auf, das an einer Längsseite offen ist. Der Querträger 3 ist somit weder ein flaches Blechstück noch ein Rohr oder ein verformter Rohrkörper. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die offene Seite in Einbaulage nach unten, wobei der Profilquerschnitt im Wesentlichen U-förmig ist. Jedoch kann ein solches Profil auch in anderer Lage eingebaut sein, so dass die offene Seite beispielsweise in Fahrtrichtung, entgegengesetzt der Fahrtrichtung oder in einer Zwischenposition angeordnet ist.

Wie insbesondere den Figuren 4 und 5 entnommen werden kann, weist der Querträger 3 im Profil zwei voneinander beabstandete Schenkel 6 und 7 auf, die durch einen Verbindungssteg 8 verbunden sind. Der Verbindungssteg 8 setzt jeweils an einem Ende eines Schenkels 6, 7 an. Das jeweils andere Ende der Schenkel 6, 7 ist frei und kann nach außen oder innen

umgebogen sein.

Wie Figur 4 zeigt, ist der Verbindungssteg 8 in einem Mittelabschnitt 9 des Querträgers 3 in Richtung eines der Schenkel 7 geneigt. Der Mittelabschnitt 9 erstreckt sich dabei in Bezug auf die Längserstreckungsrichtung des Querträgers 3 über die Mitte desselben. An den

Mittelabschnitt 9 grenzen beidseits zwei weiter außen gelegene Abschnitte 10 und 1 1 an, an denen der Verbindungssteg 8 weniger stark oder nicht geneigt ist, wie dies Figur 5 entnommen werden kann.

Der maximale Neigungsunterschied am Verbindungssteg 8 zwischen dem Mittelabschnitt 9 und den weiter außen gelegenen Abschnitten 10 und 1 1 liegt im Bereich von 5° bis 20° und weiter bevorzugt im Bereich 8° bis 13°. Die Veränderung des Neigungswinkels α entlang der

Längserstreckungsrichtung des Querträgers 3 erfolgt bevorzugt kontinuierlich und ohne Sprünge oder Kanten. Aus dieser Querschnittsvariation erfolgt ein Gewinn an Biegesteifigkeit, welche eine Gewichtsreduktion des Querträgers 3 ermöglicht.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Oberseite des Querträgers 3 in der Mitte einseitig steifigkeitsoptimiert abgesenkt und zu den axialen Enden des Querträgers 3 hin parallel zu den Längslenkern 2 orientiert. Insbesondere kann hierbei der Profilquerschnitt des Verbindungsstegs 8 an den weiter außen gelegenen Abschnitten 10 und 1 1 im Bereich minimaler Neigung parallel zu den Längslenkern 2 im Bereich der Ankopplung des Querträgers 3 sein. Die Parallelausrichtung kann dabei zur Längsachse oder zur Oberkante der Längslenker 2 im Anbindungsbereich vorgenommen sein. Ein Profil mit einseitiger Mittenabsenkung kann jedoch auch in anderer Winkelstellung zwischen den Längslenkern 2 eingebaut sein.

Weiterhin ist, wie Figur 2 entnommen werden kann, der Querträger 3 in

Längserstreckungsrichtung tailliert. Wie den Figuren 4 und 5 entnommen werden kann, ist die Profilbreite w ₄ im Mittelabschnitt 9 um etwa 5 bis 20 mm kleiner als die Profilbreite w ₅ an den weiter außen gelegenen Abschnitten 10 und 1 1.

Hierzu kann der Verbindungssteg 8 im Mittelabschnitt 9 des Querträgers 3 eine Taillierung quer zur Längserstreckungsrichtung des Querträgers 3 aufweisen. Alternativ oder ergänzend können die Schenkel 6 und 7 im Mittelabschnitt 9 des Querträgers 3 steiler angestellt sein als an den weiter außen gelegenen Abschnitten 10 und 1 1.

Weiterhin weist der Querträger 3 in der Profilhöhe verjüngte Endabschnitte 12 und 13 auf, die axial an die an weiter außen gelegenen Abschnitten 10 und 1 1 angrenzen. Der

Verbindungssteg 8 ist hier zur Längserstreckungsrichtung jeweils zu den Enden des

Querträgers 3 hin abfallend geneigt. Die Ausrichtung quer zur Längserstreckungsrichtung entspricht dabei den Abschnitten 10 und 1 1. Der maximale Neigungsunterschied quer zur Längserstreckungsrichtung ist hier vorzugsweise kleiner als 5°.

Die verjüngten Endabschnitte 12 und 13 laufen in Ankopplungsabschnitten 14 und 15 aus, welche an ihrem Stirnende jeweils einen vorzugsweise bogenförmigen Beschnitt 16 und 17 zum zumindest teilweisen Umgreifen eines quer zum Querträger 3 verlaufenden Profils aufweisen. Der Querträger 3 ist in diesem Bereich mit den dort überwiegend horizontal verlaufenden Längslenkern 2 verschweißt. Durch die Verbreiterung des Profils des Querträgers 3 zu den Ankopplungsabschnitten 14 und 15 hin wird eine möglichst lange Anschweißkontur ermöglicht.

Der vorstehend erläuterte Querträger 3 mit in Längserstreckungsrichtung variablem Querschnitt kann als Bleckformteil mit konstanter Wanddicke ausgebildet werden, so dass dieser besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist. Eine noch weitergehende Steifigkeitsoptimierung und Gewichtsreduktion kann durch eine Wanddickenvariation, beispielsweise durch den Einsatz von Tailored Blanks erzielt werden, ist jedoch dementsprechend etwas aufwändiger.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer

Abwandlungen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Vielmehr können diesbezügliche Einzelmerkmale, wie sie vorstehend erläutert wurden, auch dann miteinander kombiniert werden, wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich. Die Erfindung umfasst insbesondere alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.

Bezugszeichenliste

1 Verbundlenkerachse

2 Längslenker

3 Querträger

4 Lageraufnahme

5 Radträger

6 Schenkel

7 Schenkel

8 Verbindungssteg

9 Mittelabschnitt

10 weiter außen gelegener Abschnitt

1 1 weiter außen gelegener Abschnitt

12 Endabschnitt

13 Endabschnitt

14 Ankopplungsabschnitt

15 Ankopplungsabschnitt

16 Beschnitt

17 Beschnitt

α Neigungswinkel

w ₄ Profilbreite

w ₅ Profilbreite